崔金瑞 趙宇豪

(北京中車長客二七軌道裝備有限公司 北京 102488)

0 引言

不銹鋼車體由于其耐腐性高,無須涂裝,可使車體輕量化, 檢修工作量小，使用壽命長，具有節(jié)省能源，降低維修費(fèi)用和改善作業(yè)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)[1]。因此，不銹鋼軌道車輛已成為城市軌道交通的首選車輛。電阻點(diǎn)焊以其熱量集中，焊接變形小，操作簡單易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，自動(dòng)化生產(chǎn)效率高，無填充金屬，成本低，勞動(dòng)環(huán)境潔凈環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)在軌道車輛不銹鋼車體生產(chǎn)上得到了廣泛的應(yīng)用[2]。不銹鋼車體制造過程中板材焊接主要方式為電阻點(diǎn)焊。

在不銹鋼車體側(cè)墻鋼結(jié)構(gòu)中，側(cè)墻表面焊點(diǎn)的形狀和表面質(zhì)量受到用戶的關(guān)注，所以在側(cè)墻生產(chǎn)中要注重焊點(diǎn)外觀成型的質(zhì)量。但是在點(diǎn)焊過程中，因生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的種種原因，依舊會(huì)產(chǎn)生外觀不合格的焊點(diǎn)。對(duì)此，本文對(duì)多種城市軌道交通車輛的不銹鋼車體側(cè)墻鋼結(jié)構(gòu)實(shí)際生產(chǎn)問題進(jìn)行分析，整理了不銹鋼車體側(cè)墻鋼結(jié)構(gòu)的焊點(diǎn)外觀質(zhì)量缺陷的解決措施。

1 電阻點(diǎn)焊工藝原理

點(diǎn)焊工藝是將板材焊件裝配成搭接接頭，并壓緊在兩電極之間，再施加一定的電流，利用電阻熱熔化母材金屬，經(jīng)冷卻保壓后形成焊點(diǎn)的一種焊接方法[3]，如圖1所示。

圖1 點(diǎn)焊工藝示意圖2 有限元分析模型

焊點(diǎn)外觀形成過程如下：當(dāng)電極壓緊板材焊件，萬向電極和下電極向板材焊接區(qū)均勻地施加壓力。對(duì)焊接區(qū)通電時(shí)，兩電極間的母材開始熔化。隨著通電時(shí)間的增加，熔核逐漸增大，塑形環(huán)也隨之增大。由于下電極與母材接觸面為弧面，萬向電極與母材接觸面為平面，所以在電極和高溫對(duì)母材的共同作用下，塑形環(huán)冷卻后形成環(huán)形凸起；因?yàn)橄码姌O對(duì)母材的接觸面積小于萬向電極的接觸面積，所以下電極對(duì)母材下表面的單位壓強(qiáng)高于萬向電極對(duì)母材上表面單位壓強(qiáng)，致使母材產(chǎn)生向上的位移變形，圖2為點(diǎn)焊有限元分析模型。最終形成為環(huán)形凸起高度均勻、環(huán)內(nèi)母材表面微微凸起、下表面凹下的焊點(diǎn)外形(見圖3、圖4)。

圖3 焊點(diǎn)截面圖圖4 焊點(diǎn)成型

2 焊點(diǎn)外觀標(biāo)準(zhǔn)

焊點(diǎn)的外觀質(zhì)量主要指焊點(diǎn)的形狀要求和表面要求，焊點(diǎn)形狀要求為圓形；焊點(diǎn)表面要求壓痕淺，無明顯的凸肩和表面鼓起，平滑過渡，沒有附著的銅合金與異物，除黑后焊點(diǎn)表面沒有明顯的黑色和淡黃色。

3 焊點(diǎn)外觀缺陷的成因和解決措施

在車體制造過程中，作業(yè)環(huán)境中的諸多因素，導(dǎo)致焊點(diǎn)產(chǎn)生外觀缺陷。焊點(diǎn)缺陷大致分為以下幾種：橢圓形、月牙形、D字形、異形、焊點(diǎn)重影、焊點(diǎn)凹痕大、焊點(diǎn)外凸、表面有小凹坑或小凸起、表面有條狀劃痕、焊點(diǎn)過燒、焊點(diǎn)燒傷。

3.1 橢圓形焊點(diǎn)

外觀特征為焊點(diǎn)環(huán)形凸起呈橢圓狀，焊點(diǎn)環(huán)形凸起均勻。在相同焊接參數(shù)下，焊點(diǎn)顏色比其他正常焊點(diǎn)稍微深一些(見圖5)。

形成原因：主要因?yàn)橄码姌O與母材接觸面不為圓弧面。當(dāng)通電加熱時(shí)，焊接區(qū)的母材不是以圓形均勻受力，從而形成橢圓形焊點(diǎn)。

解決措施：對(duì)下電極進(jìn)行修磨，使其達(dá)到規(guī)定的表面形狀。修磨后使用樣板檢測(cè)電極形狀并進(jìn)行試驗(yàn)片試焊，觀看試驗(yàn)片形狀是否達(dá)標(biāo)。如不達(dá)標(biāo)，再次對(duì)電極進(jìn)行修磨。

圖5 橢圓形焊點(diǎn)

3.2 月牙形焊點(diǎn)

外觀特征為焊點(diǎn)的環(huán)形凸起呈月牙狀。未除黑前的環(huán)形凸起顏色一邊深一邊淺(見圖6)。

圖6 月牙形焊點(diǎn)

形成原因：電極對(duì)焊接區(qū)母材的夾持壓力呈不均勻狀態(tài)。

解決措施：查看電極是否垂直焊接區(qū)母材，調(diào)整焊鉗傾斜角度；確保上下電極對(duì)中；修磨下電極表面弧形，并保證表面弧形關(guān)于電極的軸線對(duì)稱。

3.3 D形焊點(diǎn)

外觀特征為焊點(diǎn)環(huán)形凸起，由一段直線和一條圓弧組成，環(huán)形凸起像大寫英文字母D。直線邊的顏色略比圓弧邊深一些，如圖7所示。

圖7 D形焊點(diǎn)

形成原因：在點(diǎn)焊時(shí)電極一部分在母材外邊緣位置，搭接量太小。

解決措施：調(diào)整電極位置或搭接尺寸，使電極在規(guī)定的點(diǎn)焊位置(焊點(diǎn)中心距母材邊不小于10 mm)。

3.4 異形焊點(diǎn)

特征為焊點(diǎn)環(huán)形凸起形狀無規(guī)則，沒有固定的形狀，如圖8所示。

圖8 異形焊點(diǎn)

形成原因：形成原因比較復(fù)雜，多為多種焊點(diǎn)形狀缺陷結(jié)合體。主要原因有上電極表面經(jīng)過焊接磨損變成不確定曲面；焊接母材較厚且表面不平，通電加熱后上電極無法對(duì)焊接區(qū)焊點(diǎn)外形形成有效影響；點(diǎn)焊位置點(diǎn)焊前已有熔核。

解決措施：對(duì)上電極平面進(jìn)行修磨，去除上電極的弧形表面；改善母材表面平度，修改焊接參數(shù)；使新焊點(diǎn)的點(diǎn)焊位置與原焊點(diǎn)的點(diǎn)焊位置中心相同或者避開原焊點(diǎn)的點(diǎn)焊位置。

3.5 焊點(diǎn)重影

特征為焊點(diǎn)的環(huán)形凸起均勻，環(huán)形凸起內(nèi)有一個(gè)或多個(gè)月牙形凸起，好似多個(gè)焊點(diǎn)重影(見圖9)。

圖9 焊點(diǎn)重影

形成原因：多出現(xiàn)在側(cè)弧工序。由于銅臺(tái)點(diǎn)焊工作中，編程點(diǎn)長期在相同位置，造成銅臺(tái)局部凹陷且下一工件焊接時(shí)，點(diǎn)焊位置與凹陷位置沒有完全錯(cuò)開。

解決措施：定期對(duì)銅臺(tái)進(jìn)行打磨；編程時(shí)對(duì)工件坐標(biāo)系進(jìn)行偏移，避免長期在銅臺(tái)同一位置焊接。

3.6 焊點(diǎn)外露點(diǎn)凹痕過大

形成原因：(1)點(diǎn)焊產(chǎn)生飛濺，造成焊接區(qū)的熔核母材減少，冷卻后形成凹痕。造成焊接飛濺的因素有：導(dǎo)電密封膠過多，待焊接區(qū)母材間有污染物或者間隙大、電極位置超出母材邊緣、焊接參數(shù)不合理。(2)萬向電極表面經(jīng)過磨損或打磨變?yōu)榍蛎妗?/p>

解決措施：(1)減少施膠量，及時(shí)擦除板材臟污，提高料件裝配質(zhì)量，改善電極位置，適當(dāng)延長預(yù)壓時(shí)間和預(yù)熱時(shí)間，增加電極焊接壓力。(2)修磨萬向電極，保證萬向電極表面為平面。

3.7 焊點(diǎn)外凸

焊點(diǎn)外凸主要出現(xiàn)在分塊側(cè)墻側(cè)弧工序。

形成原因：(1)墻板或骨架的弧形與銅臺(tái)弧形不匹配，造成墻板與銅臺(tái)或墻板與骨架之間有間隙，在焊接過程中電極壓力使焊點(diǎn)及周圍母材壓向銅臺(tái)，造成焊點(diǎn)外凸。(2)設(shè)備編程點(diǎn)焊，長期在一個(gè)位置焊接導(dǎo)致銅臺(tái)局部凹陷。

解決措施：(1)對(duì)墻板和分塊側(cè)墻骨架的弧形進(jìn)行調(diào)修，做到與銅臺(tái)弧形匹配，減小點(diǎn)焊母材到銅臺(tái)的間隙；排除中墻板搭接處與銅臺(tái)凹槽的干涉。(2)定期對(duì)銅臺(tái)進(jìn)行打磨。

3.8 焊點(diǎn)表面有小凹坑或凸起

焊點(diǎn)表面凹凸坑的狀態(tài)如圖10所示。

圖10 焊點(diǎn)表面凹凸坑

形成原因：待焊接區(qū)有顆粒狀的鐵削、弧焊飛濺、等離子飛濺等異物，在焊接時(shí)沒有及時(shí)進(jìn)行擦臟和清除，使異物粘連或磕傷電極，導(dǎo)致在焊接中電極表面產(chǎn)生凹坑或凸起。

解決措施：用砂紙對(duì)萬向電極表面進(jìn)行修磨。去除電極上的粘連物和凹坑。打磨過程中施力要均勻，避免萬向電極表面修磨成弧形。并對(duì)焊接區(qū)進(jìn)行擦臟，去除表面異物。電極修磨后對(duì)電極表面打磨遺留的銅粉進(jìn)行擦除，以防止焊點(diǎn)表面出現(xiàn)粘銅現(xiàn)象。

3.9 焊點(diǎn)表面有條狀劃痕

焊點(diǎn)表面條狀劃痕如圖11所示。

圖11 表面條狀劃痕

形成原因：在修磨電極時(shí)，修磨砂紙目數(shù)選擇較大或者最后沒有用細(xì)砂紙打磨造成電極表面粗糙度過低；在焊鉗移動(dòng)的過程中，料件造成萬向電極表面劃傷。

解決措施：用粗砂紙或者銼刀修磨電極后，選擇細(xì)砂紙對(duì)電極進(jìn)行再次修磨。提高電極表面粗糙度，去除電極表面條狀劃痕。

3.10 焊點(diǎn)過燒

形成原因：過燒現(xiàn)象主要是由于焊接時(shí)間太長、焊后冷卻時(shí)間過短造成的。過高的溫度導(dǎo)致在焊鉗電極與外墻板接觸位置發(fā)生氧化反應(yīng)，形成一層黑色或淡黃色的氧化皮[4]。

解決措施：(1)檢查點(diǎn)焊設(shè)備的冷卻水是否循環(huán)通暢，冷卻水出口溫度是否正常，焊鉗內(nèi)部水管是否做切口處理；(2)對(duì)點(diǎn)焊設(shè)備焊接參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，減小電流或縮短焊接時(shí)間；采用多次脈沖焊接，增加焊后冷卻時(shí)間。

3.11 焊點(diǎn)燒傷

圖12所示為焊點(diǎn)嚴(yán)重?zé)齻臓顟B(tài)。

圖12 嚴(yán)重?zé)齻?/p>

形成原因：焊件或電極表面清理不凈，或電極表面經(jīng)過多次焊接，產(chǎn)生了氧化膜或粘連異物，使電極與工件接觸位置的電流密度高而集中，造成局部熔化的燒傷[4]。

解決措施：焊接工作前擦拭焊接區(qū)域，去除母材和電極表面油污鐵銹等污物；電極頭經(jīng)過焊接一定的焊點(diǎn)后進(jìn)行打磨，去除電極表面氧化膜和異物。

4 結(jié)束語

通過對(duì)不銹鋼側(cè)墻鋼結(jié)構(gòu)常見焊點(diǎn)外觀質(zhì)量缺陷的分析整理，提供了與焊點(diǎn)外觀質(zhì)量缺陷相對(duì)應(yīng)的解決措施，可以在增強(qiáng)操作人員專業(yè)素質(zhì)的同時(shí)，避免發(fā)生相似的外觀質(zhì)量問題，降低了焊點(diǎn)外觀的缺陷率，提高不銹鋼車體側(cè)墻鋼結(jié)構(gòu)商品化質(zhì)量，對(duì)不銹鋼車體側(cè)墻鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)具有一定的參考價(jià)值。