劉娟娟,李志申,許紅梅

(中車唐山機車車輛有限公司,河北 唐山 063000)

1 不銹鋼車體特點

不銹鋼車體具有耐腐蝕、耐高溫、維修量低、壽命周期長、環(huán)保、綜合成本較低等優(yōu)點,在國內(nèi)外城軌市場中都占有很大的比重[1]。

不銹鋼車體結(jié)構(gòu)采用板梁組合整體承載全焊接結(jié)構(gòu)。由于采用的板材更薄,須采用大量薄板軋壓成補強型材與外板點焊連接形成空腔,借以提高外板的剛度、強度。這是不銹鋼車體的結(jié)構(gòu)特征。為了不降低板材的強度和減少變形,應(yīng)盡可能采用點焊,特別是強度級高的材料不允許任何形式的弧焊,采用接觸焊代替弧焊是不銹鋼車體的又一特征和技術(shù)關(guān)鍵。由于不銹鋼車體大量采用點焊,車體密封性差[2]。為保證車體的水密性,在車體組焊之后必須要進行淋雨試驗[3]。

2 車體淋雨試驗要求

在首輛車車體型式試驗之后,組裝之前進行淋雨試驗,試驗前對車窗、車門等所有的開孔進行封堵,噴頭布置應(yīng)便于形成重疊噴水區(qū)域。在進行淋雨試驗檢查前,需要打開噴水設(shè)備對被測車輛噴淋至少15 min,淋雨試驗檢查過程中,噴淋設(shè)備應(yīng)繼續(xù)噴水,同一部位噴水時間至少15 min,在噴淋期間應(yīng)檢查車輛內(nèi)部有無漏水。如果發(fā)現(xiàn)滲水或漏水,要立即中止噴淋[4]。密封漏水點后,重新試驗。淋雨試驗過程中及試驗完成后的檢查中均未發(fā)現(xiàn)漏水處,則試驗合格。

淋雨試驗地點的總長度為35 m,總寬度為6 m,淋雨設(shè)備的長度為6 m,在兩側(cè)側(cè)墻以及車頂上布置噴嘴,噴頭間的相對距離根據(jù)噴頭噴水覆蓋區(qū)域進行布置,保證車頂和側(cè)墻淋雨時被水霧完全覆蓋[5]。對于端墻,需要調(diào)整淋雨試驗的噴頭角度單獨進行淋雨試驗(見圖1)。

3 車體淋雨試驗結(jié)果

淋雨試驗過程中,發(fā)現(xiàn)車體存在多處滲漏點,滲漏點位置分布在端墻和側(cè)墻的開孔處。

3.1 端墻雙層板預(yù)留安裝孔位置滲漏

為了后續(xù)部件的安裝,端墻上需要預(yù)留攻絲的螺紋孔。預(yù)留螺紋孔的位置是雙層板結(jié)構(gòu),厚板在內(nèi)側(cè),薄板在外側(cè),厚板上攻絲,考慮到后續(xù)的安裝誤差和焊接變形[6],在薄板上面加工出孔徑稍大于攻絲孔的圓孔,形成雙層板上開孔的結(jié)構(gòu),如圖2所示。在淋雨試驗中用膠帶將孔封堵,淋雨試驗之后在車體內(nèi)側(cè)端角柱的根部發(fā)現(xiàn)有水滲漏,如圖3所示。

圖2 端墻雙層板預(yù)留開孔位置

圖3 端角柱根部滲漏

3.2 法蘭位置滲漏

根據(jù)法蘭的形狀可以分為平面法蘭和弧面法蘭,門口鐵翻邊、墻板翻邊等屬于平面法蘭,圖4和圖5為平面法蘭與車體的連接。與車體的貼合面是曲面的為弧面法蘭(見圖6)。淋雨試驗中在平面法蘭和弧面法蘭中均出現(xiàn)了滲漏,水沿著圖中紅色箭頭的方向從翻邊進入車體內(nèi)側(cè)。

圖4 門口鐵翻邊處滲漏

圖6 弧面法蘭處滲漏

3.3 車體開孔位置滲漏

淋雨試驗過程中,用膠帶將門口、窗口的位置粘貼牢固,進行封堵防護,在部分開孔封堵的地方出現(xiàn)了滲漏,包括端墻燈筒的開孔處(見圖7)和車體窗口開口處(見圖8)。

圖7 端墻下部開孔防護處滲漏

圖8 側(cè)墻窗口滲漏

4 車體漏水原因分析

針對以上漏水的位置,根據(jù)漏水處車體的結(jié)構(gòu)對漏水原因進行逐一分析。

4.1 端墻雙層板預(yù)留安裝孔位置

如圖9所示,端墻板和端角柱貼合,并且在邊緣進行了密封焊接,淋雨試驗過程中,在孔上粘貼膠帶進行防護,但是在淋雨試驗過程中水通過2個安裝孔之間的縫隙滲入。兩層板雖然在四周進行了密封焊接,但是在預(yù)留開孔處,兩層板之間是敞開的結(jié)構(gòu),水通過兩層板之間的縫隙滲入。

圖9 端墻雙層板開孔位置

4.2 法蘭位置

法蘭與車體的連接方式是點焊,受焊接電流分流的影響,2個電阻點焊點之間的間距要求在35 mm以上,所以點焊之前在法蘭與車體之間涂抹導(dǎo)電密封膠[7],導(dǎo)電密封膠是在聚合物中添加了金屬粉,具有導(dǎo)電性,同時可以實現(xiàn)點焊間的密封。淋雨試驗過程中,在法蘭與車體的貼合面處出現(xiàn)滲漏,滲漏的原因有2個方面：(1)密封膠涂抹厚度不夠,導(dǎo)致法蘭沒有完全密封;(2)點焊接頭搭接口的方向也會導(dǎo)致漏水。

4.2.1導(dǎo)電密封膠涂抹對比試驗

涂抹密封膠有線型密封和面型密封2種方式[8],針對2種方式,分別進行了水密性對比試驗。樣件1的線型密封是目前車輛法蘭采用的打膠方式,即為在焊點上下兩側(cè)距焊點中心10 mm的位置各涂直徑約2 mm的導(dǎo)電密封膠,對焊點進行密封,打膠方式如圖10所示;樣件2的打膠方式為面型密封,以焊點為中心通長涂抹寬20 mm、厚2 mm的膠層,即對焊點進行密封,打膠方式如圖11所示。

圖10 樣件1 線型密封

將2個樣件靜置3天后,將樣件的搭接口均向上放置進行澆水試驗,如圖12所示,試驗時間15 min。試驗結(jié)果是線型密封出現(xiàn)了2處漏點,面型密封未出現(xiàn)漏點。通過對比試驗可知,目前的兩條線型密封的點焊密封膠涂抹方式存在漏水的隱患,沒有實現(xiàn)完全密封。而以焊點為中心通長涂抹寬20 mm、厚2 mm的面型密封效果更好。

圖12 澆水試驗

4.2.2點焊接頭方式

車體用點焊接頭的2種典型形式如圖13所示,點焊搭接的開口方向不同。在焊點處2個板之間涂抹導(dǎo)電密封膠,2種接頭的水流方向如圖14中紅色線條所示。針對點焊接頭a,水流可以直接從墻板流下,沒有存水的可能,是密封結(jié)構(gòu)。對于點焊接頭b,水流會因為與內(nèi)墻板接觸而改變流向,從而向板間滲漏。

(a)點焊接頭a (b)點焊接頭b 圖13 車體用典型點焊接頭形式

4.3 車體開孔位置

(1)粘接防護膠帶之前車體表面未進行徹底清潔,致使膠帶與車體粘接不牢靠[9]。

(2)膠帶與墻板粘接不牢固,在粘接膠帶后,員工未對膠帶進行刮實或者充分按壓,淋雨一段時間后,水逐漸侵蝕粘接不牢靠的位置導(dǎo)致滲漏。

(3)用膠帶進行防護時,由于膠帶寬度限制需要逐層部分疊加進行粘接,粘接膠帶時采用從上到下的方式進行粘接,致使膠帶的疊加位置開口朝上,隨著淋雨時間的增加,水順著膠帶疊加處松弛的部分滲漏到車內(nèi),膠帶防護的示意圖如圖15所示。

圖15 膠帶防護示意圖

(4)室內(nèi)溫度較低的情況下,膠帶本身的黏性較差。

5 改善措施及效果

針對不同類型的滲漏問題,制定了以下措施。

5.1 端墻雙層板預(yù)留安裝孔位置

更改此處結(jié)構(gòu),將車體外側(cè)端墻板上的孔由直徑為15 mm的圓孔改為25 mm×25 mm的方孔,并在孔內(nèi)側(cè)進行密封角焊,消除雙層板之間的間隙問題,防止漏水(見圖16)。

圖16 夾層板方孔結(jié)構(gòu)對比

5.2 法蘭位置

針對法蘭位置的滲漏從導(dǎo)電密封膠的涂抹方式和點焊接頭方式2個方面提出改善措施。

5.2.1導(dǎo)電密封膠涂抹方式

(1)車間員工進行手工打膠時,應(yīng)避免出現(xiàn)打膠不均勻、不飽滿的問題。若打膠后出現(xiàn)此類的現(xiàn)象,應(yīng)將相應(yīng)位置處的密封膠清理干凈后重新涂打直至符合要求。

(2)對門口鐵翻邊等平面法蘭處,將點焊密封膠的涂抹方式修改為以焊點為中心通長涂抹長20 mm、寬2 mm的膠層。

5.2.2點焊接頭方式

為進一步提高開口向上的點焊搭接位置的密封性,杜絕水沿著縫隙滲漏的隱患,在該位置涂抹了聚氨酯密封膠[10-11](見圖17)。

圖17 點焊接頭涂抹聚氨酯密封膠

在弧面法蘭處,改變密封方式,將點焊密封的方式改為TIG密封焊,在密封車體的同時保證車體的美觀性。圖18所示為弧面法蘭點焊效果圖,圖19為TIG密封焊效果圖,通過對比可知TIG密封焊實現(xiàn)密封的同時也保證了美觀[11]。

5.3 車體開孔位置

(1)對需要用膠帶紙防護的車體部分,粘貼之前徹底清潔車體表面。

(2)膠帶粘貼完畢后,用塑料軟刮板將膠帶與車體粘貼處刮實,保證膠帶與墻板粘貼牢靠。

(3)在逐層部分疊加粘貼膠帶時,自下而上粘貼,使膠帶疊加位置開口向下(見圖20)。

圖20 防護膠帶粘貼示意圖

(4)使用膠帶粘貼前,提前一天將膠帶放到室內(nèi)溫度比較高的房間,或者更換黏性較大的膠帶。

6 結(jié)論

某不銹鋼車體淋雨試驗時出現(xiàn)滲漏,針對不同的滲漏點,逐一分析原因并采取措施之后淋雨試驗合格,可以得出以下結(jié)論：

(1)夾層板的安裝孔,將上層板安裝位置開出一個方孔,周圍密封焊接,可以提高車體水密性。

(2)平面法蘭點焊時,導(dǎo)電密封膠的涂抹方式面型密封的水密性優(yōu)于線型密封。

(3)對于點焊搭接接頭,搭接口向下的接頭密封性優(yōu)于搭接口向上的接頭。

(4)搭接口向上的點焊搭接接頭,點焊之后在搭接處涂抹密封膠可以提高水密性。

(5)對于弧面法蘭采用電阻點焊加TIG自熔密封焊接,可以實現(xiàn)密封和美觀。

(6)淋雨試驗時對窗口和門口等開口處進行防護,防護膠帶的粘貼方式和粘貼質(zhì)量直接影響淋雨試驗的效果。