螺柱焊在軌道客車不銹鋼波紋地板上的應用

于鵬 馬永喜

摘要：本文簡要介紹了螺柱焊焊接原理;螺柱焊焊接方法的選用原則;對比分析車體鋼結構上應用螺柱焊替代螺柱氣保焊焊接工藝的可行性，并根據標準進行了相關力學性能檢測，形成工藝評定試驗報告，實現了螺柱焊在軌道客車不銹鋼波紋地板上的應用。

關鍵詞：螺柱焊;軌道客車;不銹鋼波紋地板;焊接工藝

1. 概述

螺柱焊是將棒料（柱狀金屬件）垂直焊到板件（平面或曲面）的一種焊接方法，可以替代冷熱鉚接、人工焊接、機床鉆攻等工藝方法。

由于螺柱焊焊縫美觀、成本低、操作簡單、效率高，廣泛應用于鈑金加工、汽車制造、船舶制造等行業。我司某客車不銹鋼波紋地板上的螺柱焊接考慮引入螺柱焊焊接方法。

2. 氣保焊焊接螺柱現狀

該項目客車為滿足客戶防腐防銹要求，波紋地板為1mm不銹鋼板，且在上面需要焊接258個地板螺柱，用于后期總裝過程中與地板梁的連接，初期設計結構為M8X35螺柱先與1.5mm的20*20見方的不銹鋼板焊接成整體焊件，然后再將該焊件與波紋地板做搭接焊。考慮到本身波紋地板為1mm不銹鋼材料，焊接難度大，且螺柱與墊片的焊接操作空間非常有限，焊接質量極其難以控制。

首先螺柱與墊片的焊接會造成底板的巨大變形并伴有燒穿現象，并且焊后螺柱垂直度不能保證要求，焊接變形也無法調修;其次組好的焊件與波紋地板進行組裝二次焊接操作空間僅為波紋地板凹槽內20*20mm方形，焊槍角度不好調整，操作空間有限，熱量積聚，極易出現焊接燒穿及成型不良等質量問題。

綜上所述，M8螺柱、母材材料為1mm不銹鋼的波紋地板不適合傳統CO2氣體保護焊焊接工藝方法。

3. 螺柱焊焊接方法的選用原則

目前螺柱焊按電源特性和操作方法分類，主要分為拉弧式螺柱焊、短周期螺柱焊、電容儲能式螺柱焊等。如何正確的選用螺柱焊，既要了解所需焊接產品特點，又要考慮各種螺柱焊本身的工藝特點，從而選擇最為合適和高效的焊接方式。

經調研，螺柱焊選用原則依據：①被焊工件的厚度及表面狀態②工件及螺柱材質③緊固件尺寸

1）拉弧式螺柱焊焊接碳鋼時需要瓷環保護，焊接鋁、鎂等有色金屬時需要惰性氣體保護，可焊母材厚度3～50mm，螺柱直徑6～25mm，螺柱端部呈球錐狀或帶有引弧結，焊縫厚，熔深大，焊接時間長100～2000ms適用于受力接頭;

2）短周期螺柱焊也是拉弧式螺柱焊的一種，區別在于對焊接電流的波形控制，使焊接周期大大縮短（5～100ms），不需要瓷環或氣體保護，螺柱端部呈有法蘭的球錐狀，螺柱直徑3～12mm，焊縫薄，熔深淺，一般適合焊接鑄鐵材料;

3）電容儲能式螺柱焊利用電容器瞬間放電產生電弧熱來連接焊件與螺柱，適用于碳鋼、不銹鋼、鋁合金等，無需保護，螺柱直徑2～8mm，適合3mm以下薄板焊接，焊接時間短（1～10ms），焊縫薄，熔深很淺，一般適合連接件。

綜上，該客車波紋地板為1mm不銹鋼、不銹鋼螺柱直徑M8，螺柱數量多需要高效，故選擇：電容儲能式螺柱焊。

電容儲能式螺柱焊按電弧引燃方式不同分為拉弧式、預留間隙式和預接觸式。拉弧式和預留間隙式適用于固定式或手提式設備，預接觸式僅適用于移動式設備。

根據該車車體鋼結構底架形式，螺柱分布在長度為12m寬度2.8m的底架波紋地板上，適合采用移動設備，所以采用：電容儲能式螺柱焊（預接觸式）。

經市場調研，確定為英國泰勒（Taylor Studwelding）CD電容放電儲能式螺柱焊機，型號CD-132預接觸式。

4. 螺柱焊試驗設計及結果

螺柱焊的焊接質量需要根據結構設計要求進行相關工藝試驗。根據標準ISO14555《金屬材料螺柱焊》，電容放電尖端引燃螺柱焊實驗項目包括目視檢測、拉力試驗、彎曲試驗，為驗證熔合情況附加了宏觀金相試驗。

本試驗模擬車體鋼結構波紋地板焊接形式，基體母材采用波紋地板材質06Cr19Ni10，板厚1mm，螺柱采用M8-35螺柱，材質A2-50。

試驗結果說明

1）目視檢測說明：圓形焊縫，繞螺栓法蘭四周允許有輕微小焊渣，焊縫致密均勻無氣孔等表面缺陷。

2）彎曲試驗：30°合格無斷裂。

3）拉力試驗：斷裂在母材或螺柱，不完整區域不超過螺柱直徑20%。

4）宏觀金相：試樣焊縫處存在輕微未熔合，無裂紋、夾渣等缺陷。

根據試驗結果編制符合ISO14555標準要求的WPQR焊接工藝評定報告指導生產。

5.結語

電容儲能式螺柱焊的應用不但解決了地板螺柱焊接質量難以保證的問題，同時大大提高了焊接效率，保證了不銹鋼波紋地板板的焊接美觀度，也為探索其他種類螺柱焊的應用梳理了方向和積累了經驗。

參考文獻

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