不銹鋼地鐵側墻點焊工藝優化

寧海石

中車青島四方機車車輛股份有限公司 山東青島 266111

1 傳統不銹鋼側墻組焊工藝

1.1 組裝工藝

側墻組裝工藝為：側墻橫梁、立柱利用側墻骨架組焊工裝，通過反裝形式形成側墻單元骨架。然后將側墻骨架吊運至側墻鋪板臺位，采用正裝形式鋪設側墻板，完成側墻單元組裝。將側墻單元吊運至側墻單元點焊臺位，采用側墻單面點焊機完成側墻單元點焊。

該工藝不足之處在于，工序流程長，占用廠房面積大，施工人員多。同時需要側墻骨架組裝和側墻鋪板兩種工裝共計6 套，工裝通用性差，柔性化程度不高，不同項目、不同斷面側墻切換時需要新制、或者調整改造工裝，工裝改造費用高，工藝準備周期長[1]。

1.2 焊接工藝

側墻骨架與側墻板采用電阻點焊連接，主要以薄板為主，板厚組合通常為1．5mm +1．5mm，或1．5mm +2mm，采用單面點焊工藝，在側墻單元單面點焊平臺上使用單面點焊機進行焊接，焊接臺位上鋪有導電和散熱較好的純銅墊板，可以起到輔助電極的作用，一方面可以減少點焊分流對于點焊焊接質量的影響，另一方面較快的散熱可以控制焊接變形和提高焊點的質量[2]。側墻總組成主要采用雙面點焊工藝，板厚組合通常為3mm +1．5mm，3mm +1．5mm +1．5mm 等，焊接難點不僅是板厚層數多，還存在板厚相差大，焊接時薄板容易出現熔深不夠和焊核直徑不夠的現象。點焊參數設置不合理同樣會導致焊點未熔合或未完全熔合；裂紋；氣孔；縮孔；電極壓痕過深、飛濺、過燒、熔透率不符合要求等缺陷。

2 不銹鋼側墻組焊工藝優化

2.1 組裝工藝優化

2.1.1 工藝流程優化

將原側墻單元組焊工藝流程：側墻梁柱組焊→側墻骨架鋪板→側墻單元點焊，優化為側墻橫梁與墻板點焊→側墻梁柱與橫梁弧焊，將側墻單元組焊工藝由3 個工步優化為2 個工步，工藝流程縮短，臺位占用廠房面積減少，施工人員數量減少。

2.1.2 工裝優化

傳統側墻骨架組焊工裝由墊板、定位塊、手動壓緊器組成，工裝斷面根據側墻斷面設計，側墻斷面變化以及項目切換時，側墻骨架組焊工裝需要更換墊板，以滿足側墻斷面要求，工裝改動量大費用高，費時費力，工藝準備周期長，同時工件定位采用手動壓緊方式，生產效率低。

優化后的側墻骨架組焊工裝由18 組定位模板、4 組自動壓緊裝置、6 根滑軌組成。其中18 組定位模板中每組模板由加工模板、支撐梁、支撐柱組成，定位模板在4 根滑軌上根據側墻單元大小隨意調整間距，同時滿足大、中、小側墻單元組裝；定位模板斷面形式可根據不同車型不同斷面角度進行柔性化調節，無需整體新制或者改造模板。自動壓緊裝置由橫梁、支撐柱、壓緊氣缸、壓緊頭組成，自動壓緊裝置在2 根滑軌上自由滑動，根據需要滑動到待壓緊部位，實現自動壓緊；自動壓緊裝置亦可根據側墻斷面形式柔性化調整角度，以滿足不同斷面側墻單元壓緊[3]。

優化后的側墻骨架組焊工裝由6 套減少為1 套，工裝的通用性強，柔性化程度高，并可根據側墻單元大小和斷面不同，柔性調節定位模板及自動壓緊裝置間距、角度，并實現自動壓緊，提高生產效率、降低了工人勞動強度。

2.2 焊接工藝優化

（1）未熔合的解決措施。未熔合是較嚴重的缺陷之一，直接影響焊縫接頭強度，尤其是疲勞強度。通常未熔合是由于熱輸入量不足造成，可通過加大焊接電流、電極壓力或焊接時間加以改善。

（2）縮孔的解決措施。縮孔是由于電極壓力不足，焊核液態金屬由外向內凝固時，縮孔處得不到有效的填充而形成，可以通過加大電極壓力、加長焊接前的預壓時間來解決。

（3）熔透率的控制措施。熔透率是焊點質量是否合格的重要指標，過高和過低都會降低接頭強度。JIS Z3140 中指出，焊核的熔透率應在20%-80% 之間。影響熔透率的因素較多，重要的有電流、焊接時間、電極壓力、電極材料、電極形狀等，電流、焊接時間、電極壓力過大時易造成熔透率過大，電流、焊接時間、電極壓力過小時易造成熔透率過小。上下電極材料不一致時同樣易造成熔透率過大。

（4）過燒的解決措施。過燒后的焊點狀態表面有鉻碳化物沉積，影響無涂裝不銹鋼車體的商品化質量。過燒通常由于焊接時間太長、焊后冷卻時間過短造成。

在實際生產中發生過燒的原因主要有：焊后冷卻時間過短：應檢查點焊設備的冷卻水循環是否正常工作，保護氣體流量是否正常。

（5）飛濺的解決措施。焊點焊接過程中出現表面和內部飛濺，會影響焊點的表面和內部質量。電流過大、焊接時間過長、電極壓力過小、工件間間隙過大、焊點距工件邊距過小、工件表面清理不足均可能引起飛濺。

在實際生產中發生飛濺的原因主要有：①工件間隙過大：不銹鋼點焊工件一般為薄板折彎、壓型件，工件折彎數量較多時，應優先保證點焊位置的尺寸，確保工件配合密貼。在焊接剛性較弱、焊點較多的工件時，應采用合理的點焊順序，比如由中心向四周、間隔數個點焊跳躍的方式點焊。②工件表面清理不足：工件在下料時在工件表面會殘留油污、鐵屑等雜質，在點焊前必須將雜質清除，保證工件間、工件與電極接觸面清潔。在焊接過程中應及時觀察電極接觸面狀態，電極帽或電極前端有明顯磨損或雜質時，應及時更換電極帽或研磨整形。③工件壓力過小：隨著點焊設備的使用，氣缸等部件狀態會逐漸產生變化，在出現頻繁飛濺時，在排除其他因素后，應利用壓力計、電流計對設備進行驗證。④焊點距工件邊距過小：手動點焊設備出現該現象多數是由于操作人員焊接手法問題，應提升操作人員的操作能力、責任心。如果為自動點焊設備出現該問題，應及時檢查工件位置、工裝及自動焊接程序。

3 結語

通過上述不銹鋼地鐵側墻點焊工藝優化論述，可得到以下結論：①通過側墻單元組焊工藝流程縮短、側墻單元組焊工裝通用性和柔性化程度提高，可實現側墻組焊工藝優化，降低項目成本，降低勞動強度，提高生產效率；②通過優化焊接參數、優化板厚組合，可降低甚至避免焊接缺陷的產生。