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      點焊技術(shù)在不銹鋼軌道客車生產(chǎn)中的應(yīng)用

      2019-03-27 09:13:00程國利
      城市軌道交通研究 2019年2期
      關(guān)鍵詞:雙點單面點焊

      程國利 程 鵬 馬 超

      (中車長春軌道客車股份有限公司資產(chǎn)能源部,130062,長春//第一作者,教授級高級工程師)

      我國早期的地鐵客車生產(chǎn)中,普遍采用碳鋼作為車體材料,如北京地鐵1號線和2號線等。進(jìn)入到21世紀(jì)后,我國軌道客車制造企業(yè)開始探索采用不銹鋼作為車體材料。不銹鋼車體具有外型美觀、抗腐蝕性強(qiáng)、強(qiáng)度大、車下布線便利等優(yōu)點,同時,不銹鋼車體由于采用點焊技術(shù),焊點成型好,外表不需要采用油漆涂層,且生產(chǎn)加工過程中環(huán)境污染少。

      本文主要介紹中車長春軌道客車股份有限公司(以下簡稱“長客公司”)在軌道不銹鋼客車生產(chǎn)過程中點焊技術(shù)的應(yīng)用情況。

      1 點焊設(shè)備

      1.1 技術(shù)論證

      在不銹鋼點焊設(shè)備技術(shù)方案論證階段,長客公司在設(shè)備設(shè)計、先進(jìn)性和可靠性方面進(jìn)行了充分的論證,主要選取在國內(nèi)外已開始使用,且使用狀況優(yōu)良的技術(shù)方案。同時,還包括操作人員的使用習(xí)慣及車輛結(jié)構(gòu)特點,如操作過程的是否合理簡單,人機(jī)界面是否有完整的中文菜單等方面的論證。技術(shù)方案要求包括:① 采用經(jīng)過多年使用的、成熟的設(shè)計方案;② 采用操作簡單的遙控控制方式;③ 設(shè)備元器件和結(jié)構(gòu)具備先進(jìn)性和適應(yīng)性;④ 滿足單面雙點和雙面單點焊接要求。

      1.2 技術(shù)指標(biāo)

      在點焊設(shè)備的選型中,主要注意以下技術(shù)指標(biāo)要求:

      (1)為使電流輸出更穩(wěn)定,達(dá)到良好的焊接品質(zhì),變壓器應(yīng)盡量靠近電流輸出的焊接電極。盡可能選取小型化、輕量化的變壓器,并安裝在焊鉗上,使之既能使焊鉗輕量化,又可減小平衡器的負(fù)載,并可提高焊鉗的可操作性,減少操作工的勞動強(qiáng)度。

      (2)變頻控制裝置應(yīng)具備穩(wěn)定的性能,強(qiáng)大的輸出能力。

      (3)在設(shè)計時需充分考慮設(shè)備的剛性要素,使設(shè)計出的設(shè)備能夠長年正常穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。

      (4)變頻電源應(yīng)可以快速達(dá)到所設(shè)定的電流,且可以恒流輸出控制,以保證焊接質(zhì)量的品質(zhì)與可靠。

      (5)操作盒推薦采用觸摸屏形式,可分別設(shè)置操作盒和焊接條件盒,以避免焊接條件輸入錯誤,且適合現(xiàn)場操作人員的使用習(xí)慣。

      2 單面雙點焊接

      2.1 性能優(yōu)缺點

      2.1.1 優(yōu)點

      (1)從單側(cè)可以進(jìn)行焊接,可以通過在單側(cè)配置加壓裝置和電極極性焊接。

      (2)二次回路小,可以節(jié)省能耗。如果在大焊接材料的中心附近有焊點的情況,直接點焊需要很長的喉深,而采用單面雙點焊接則因二次回路很小可以進(jìn)行焊接[1]。

      2.1.2 缺點

      (1)被焊接板材的上表面會產(chǎn)生無效分流,如果只通過增大電流的方式來控制分流,會造成壓痕變深,易產(chǎn)生飛濺和電極壽命縮短的情況。

      (2)焊點偏移大,因為單面雙點同時產(chǎn)生兩個焊點,所以偏移會以平方的數(shù)增大。

      (3)當(dāng)被焊接板材為3層板、兩層厚板、上層厚板,以及焊接材料為鋁合金時,不能進(jìn)行焊接。

      2.2 焊點間距對焊接質(zhì)量的影響

      在焊接通電初期,被焊接板材溫度較低,電阻很小,此時產(chǎn)生的無效分流非常大。隨著通電持續(xù)進(jìn)行,無效分流會對板材進(jìn)行加熱,電阻變大,無效分流逐步減小[2]。另外,特別是當(dāng)焊點間隔小于板厚的20倍時,無效分流非常不穩(wěn)定,有時會變得非常大,導(dǎo)致焊點強(qiáng)度顯著下降。

      近年來,隨著單面雙點焊接雙向通電法(交流)的開發(fā)及使用,顯著改善了單向通電法(直流)的不足。改善主要體現(xiàn)在以下方面:

      (1)可以很好地控制并保證兩個焊點的成形及焊接品質(zhì)相同;

      (2)有效控制了焊核偏移所帶來的焊接品質(zhì)缺陷;

      (3)延長了電極的使用壽命,并很好地控制了因電極原因帶來的焊接缺陷;

      (4)通過雙向電流通電方式可以很好地抑制兩個電極之間的飛濺產(chǎn)生,保證了焊接質(zhì)量;

      (5)通過大功率交流電源使單面雙點焊接方式用于3層板或厚板焊接成為可能。

      3 交流變頻電源

      3.1 直流變頻電源缺點

      (1)在不使用銅臺電極的情況下,直流變頻焊接為單向通電,焊核受到正負(fù)極的影響而造成焊核偏移(極性效應(yīng))。極性效應(yīng)導(dǎo)致左右焊核大小不一致、成形位置不一致,左右焊點的焊接質(zhì)量不同(見圖1)。

      圖1 直流變頻焊接的焊核不一致

      (2)直流變頻焊接時,電流會從已經(jīng)焊完的焊點進(jìn)行分流,造成左右兩個焊點電阻及電流不一樣,導(dǎo)致焊核大小也不相同,嚴(yán)重情況下會有一側(cè)焊點焊不上去。這種直流變頻焊接特有現(xiàn)象并不是每次施焊時都會發(fā)生,是不規(guī)律的,所以控制起來非常困難。

      (3)進(jìn)行單面雙點焊接時,被焊工件成為導(dǎo)體,產(chǎn)生分流現(xiàn)象,而分流是造成焊接飛濺的原因之一。與交流變頻相比,直流變頻為單向電流,其焊接產(chǎn)生的飛濺一般為單個電極(見圖2),即產(chǎn)生分流電極,會導(dǎo)致兩個焊核不同。

      圖2 直流變頻焊接單電極飛濺

      (4)由于直流變頻焊接為單向通電,導(dǎo)致正負(fù)兩個電極的損耗情況不一致(正電極損耗快)。當(dāng)電極頭表面狀態(tài)不一致時,導(dǎo)致左右焊點出現(xiàn)偏差,造成焊接質(zhì)量下降。

      3.2 交流變頻電源優(yōu)點

      (1)交流變頻電源在啟動時,恒流精度和焊核穩(wěn)定區(qū)域等都與直流變頻電源有相同的特性。

      (2)交流變頻焊接不受極性效應(yīng)影響,不會出現(xiàn)焊核偏移的情況。

      (3)交流變頻焊接可以使兩個電極保持相同的狀態(tài),兩個電極會相互抑制飛濺現(xiàn)象,所以兩個焊點是一致的(見圖3)。

      (4)雖然交流變頻電源在焊接時焊接電流也會從工件表面進(jìn)行分流,但交流變頻控制器以其精細(xì)的電流控制、縝密的焊接時間、多種通電控制模式等優(yōu)點改善了直流變頻電源焊接的不足之處[3]。

      圖3 交流變頻焊接焊核一致

      長客公司在軌道不銹鋼客車底架焊接時,考慮到板材較厚,采用直流變頻電源單面雙點焊接無法保證焊接質(zhì)量,故采用交流變頻電源單面雙點焊接方式施焊。

      4 焊接精度

      長客公司的不銹鋼點焊設(shè)備中,無論是自動設(shè)備還是手動設(shè)備,都具備激光打點位置識別功能。即在焊鉗接近電極的部位追加激光標(biāo)示器,通過兩個激光標(biāo)示器發(fā)出的激光束交叉點來確定打點位置。激光標(biāo)示器的激光束位置可調(diào)整,以滿足更換電極后,打點位置偏離后的校準(zhǔn),這給確認(rèn)程序及示教帶來了方便。同時,自動焊接時也可以使用此功能來減少工人操作強(qiáng)度,增加工作效率。

      5 結(jié)語

      交流變頻雙點焊接技術(shù)繼承了直流變頻焊接技術(shù)焊接電流穩(wěn)定和焊接高效的優(yōu)點;改變了從兩側(cè)焊接的傳統(tǒng)焊接工藝,采用單側(cè)焊接,簡化了焊接工裝程序,提高了焊接效率;解決了直流變頻焊接工藝中焊核偏移的缺陷,提高了焊接質(zhì)量;提高了較厚鋼板的焊接質(zhì)量。

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