粘接技術(shù)在機(jī)車車輛行業(yè)的應(yīng)用

杜慧勇 吳鶴翔 楊曉芳 郎艷 楊帆

中車大連機(jī)車車輛有限公司 遼寧省大連市 116022

1 引言

人類使用膠粘劑歷史源遠(yuǎn)流長，我們的祖先5000年前就會使用天然產(chǎn)物：黏土、淀粉、天然橡膠等進(jìn)行粘接，制成生活用品，生產(chǎn)工具和兵器等。20世紀(jì)初，隨著合成高分子工業(yè)的迅速發(fā)展，新型高分子膠粘劑不斷涌現(xiàn)[1-2]。簡單、易行、實(shí)用的膠粘劑粘接技術(shù)日益成熟，粘結(jié)技術(shù)逐步成為現(xiàn)代生活和現(xiàn)代工業(yè)不可或缺的技術(shù)[3-6]。

近年來，隨著高鐵動車進(jìn)入我們的生活，中國中車有限股份公司的成立，國內(nèi)機(jī)車車輛行業(yè)得到了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。新材料、新技術(shù)大量使用在機(jī)車車輛行業(yè)，膠粘劑粘接技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉚接，焊接越來越多地應(yīng)用在新型材料的連接上。

粘接技術(shù)有其優(yōu)越性，但作為特殊工序，不能通過終檢和無損檢測方法來檢查和檢測其質(zhì)量，必須通過嚴(yán)密的過程控制才能保證質(zhì)量。為此，建立從粘接接頭設(shè)計、粘接工藝技術(shù)開發(fā)、生產(chǎn)制造、質(zhì)量保證、售后維修的全過程的科學(xué)體系控制機(jī)車車輛粘接零部件質(zhì)量勢在必行。

2 國內(nèi)外機(jī)車車輛使用膠粘劑的概況

2.1 概述

國內(nèi)在機(jī)車車輛上使用結(jié)構(gòu)粘接技術(shù)起步較晚，與發(fā)達(dá)國家相比有較大的差距。進(jìn)入90年代以來，隨著國家對機(jī)車車輛的提速、美觀等等提出較高要求，質(zhì)輕高強(qiáng)的復(fù)合材料才開始在機(jī)車車輛上得到應(yīng)用，粘接技術(shù)的不斷提升對復(fù)合材料應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大起到了關(guān)鍵做用。

粘接連接相比于傳統(tǒng)的連接方式，具有以下優(yōu)勢：粘接結(jié)構(gòu)有更輕的質(zhì)量；粘接結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布均勻；彈性粘接具有減震降噪隔聲的功能；彈性粘接可提高粘接結(jié)構(gòu)抗沖擊能力；良好的密封、防腐性能；可實(shí)現(xiàn)模塊化組裝；可實(shí)現(xiàn)其它機(jī)械連接不能固定的結(jié)構(gòu)。

2.2 膠粘劑目前在機(jī)車車輛上的應(yīng)用

目前國內(nèi)機(jī)車車輛上使用的膠粘劑主要有化學(xué)固化膠粘劑、物理固化膠粘劑、壓敏膠（無固化膠粘劑）三大類。根據(jù)其性能不同，造價不同，在機(jī)車車輛上的使用部位也不同。

化學(xué)固化膠粘劑主要有環(huán)氧類膠、聚氨酯類膠、MMA、MS改性硅烷膠、厭氧膠等。在機(jī)車車輛上的應(yīng)用例如：環(huán)氧類膠作為結(jié)構(gòu)膠用于鋁蜂窩地板的粘接；聚氨酯類膠粘劑用于粘接玻璃，司機(jī)室頭罩等；MMA作為結(jié)構(gòu)膠粘接不同金屬；MS改性硅烷膠主要用于密封；厭氧膠用于螺紋鎖固和平面密封等。

物理固化膠粘劑主要有熱熔膠、溶劑膠等。機(jī)車車輛上的應(yīng)用例如：熱熔膠用于粘接電器元件等；溶劑膠，以氯丁膠用于粘接地板布、橡膠件等。

壓敏膠（無固化膠粘劑）主要有壓敏膠帶、丙烯酸酯壓敏膠等，適合大面積粘接，具有粘接操作簡單、不污染基材表面的特點(diǎn)。

3 粘接技術(shù)的研究

粘接技術(shù)是包含了從含粘接的零部件設(shè)計開始，工藝流程，生產(chǎn)過程質(zhì)量監(jiān)控，后期的產(chǎn)品的非破壞性檢測及產(chǎn)品伴隨樣件的破壞性試驗，粘接失效分析以及粘接修復(fù)的一系列的、全面系統(tǒng)性的技術(shù)。

3.1 粘接接頭的設(shè)計

粘接接頭必須有能力承受應(yīng)力和應(yīng)變，粘接接頭的尺寸設(shè)計必須滿足載荷小于載荷極限。

3.1.1 設(shè)計規(guī)則

粘結(jié)接頭的設(shè)計應(yīng)：簡單、清晰、安全。其中是安全是最重要的，為了確保安全，應(yīng)該考慮粘接接頭可能承受到的所有載荷，仔細(xì)設(shè)計，使粘接接頭結(jié)構(gòu)設(shè)計本質(zhì)上是安全的，必要時須冗余設(shè)計。粘接接頭設(shè)計時安全等級評估是必不可少的；膨脹、蠕變和松弛、腐蝕、生產(chǎn)條件、危險因素等是設(shè)計中必須考慮的。

3.1.2 設(shè)計原理

（a）利用力傳遞原理，避免應(yīng)力集中；（b）優(yōu)化材料使用原理，通過對材料的選擇來保證粘接件的強(qiáng)度與使用壽命；（c）合理利用變形匹配原理，保證足夠的彌補(bǔ)量，相對變形越小越好；（d）設(shè)計中采用對稱結(jié)構(gòu)，利用平衡力原理，有效減少二次力。

以上各原理一般會綜合的、同時的應(yīng)用在機(jī)車車輛的粘接接頭設(shè)計中。

3.2 粘接工藝

國內(nèi)機(jī)車車輛行業(yè)的粘接工藝并沒有像傳統(tǒng)焊接技術(shù)一樣，十分系統(tǒng)和規(guī)范地進(jìn)行過研究。機(jī)車車輛粘接工藝的不斷進(jìn)步依賴于機(jī)車車輛制造材料的更新?lián)Q代和機(jī)車車輛制造工藝水平的發(fā)展，往往新型化工膠粘劑材料的出現(xiàn)未及推廣，技術(shù)人員對粘接結(jié)構(gòu)比較陌生，僅從經(jīng)驗出發(fā)進(jìn)行從事粘接工作，粘接技術(shù)理論支撐薄弱。

編制具體完善的粘接工藝作業(yè)指導(dǎo)書，要考慮如下項點(diǎn)：粘接現(xiàn)場的環(huán)境；膠粘劑及基材同溫；基材的表面處理；輔助工具或工裝的準(zhǔn)備；施膠方案；研配、混膠、安裝、固化等；伴隨樣件的制作。

3.3 粘接質(zhì)量監(jiān)控

（1）膠粘劑及輔料的來料檢驗；（2）粘接過程質(zhì)量控制表的編制與填寫；（3）伴隨樣件試驗的破壞性測試及伴隨樣件的管理；（4）粘接零部件全面的無損檢測；（5）粘接零部件的出廠檢查；（6）粘接相關(guān)人員須經(jīng)過培訓(xùn)與考核，持證上崗；（7）建立專業(yè)的粘接廠房、庫房、粘接實(shí)驗室及其各自的管理制度；（8）首件檢驗制度；（9）批量生產(chǎn)中的常規(guī)檢驗制度；（10）不合格品的管理制度。

3.4 粘接失效

膠粘劑是利用粘附和內(nèi)聚將不同基材連接在一起的非金屬物質(zhì)，粘接的本質(zhì)就是使用膠粘劑將基材連接在一起。粘接失效就是基材沒有被膠粘劑連接在一起，即粘接破壞。

3.4.1 粘接的破壞模式

基材斷裂；內(nèi)聚破壞；單面粘附破壞；雙面粘附破壞；粘附內(nèi)聚破壞；

3.4.2 粘接失效的原因分析

粘接失效的原因很多，主要有以下幾點(diǎn)：基材材質(zhì)問題；膠粘劑問題；基材表面處理有問題；基材幾何尺寸問題；底涂、活化劑晾干時間問題；固化條件；粘接環(huán)境。

4 粘接質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系

粘接技術(shù)與焊接技術(shù)等不同，有其特殊性及局限性，這就決定了粘接技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系的特殊性、重要性及專業(yè)性。歐洲軌道車輛行業(yè)引入了DIN6701粘接質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系，提升了機(jī)車車輛粘接技術(shù)水平，從而保證了機(jī)車車輛粘接件的安全可靠，有效保證了鐵路運(yùn)輸?shù)挠行蜻M(jìn)行。

過去那種，依賴于膠粘劑生產(chǎn)企業(yè)、膠粘劑供應(yīng)商及其它行業(yè)膠粘劑標(biāo)準(zhǔn)來使用膠粘劑的模式，已不能適應(yīng)機(jī)車車輛業(yè)的快速發(fā)展。國內(nèi)應(yīng)該在消化吸收DIN6701粘接質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際、因地制宜地建立機(jī)車車輛業(yè)自己的粘接質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系，規(guī)范、統(tǒng)一和完善機(jī)車車輛粘接技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系已刻不容緩。

5 粘接團(tuán)隊建設(shè)

5.1 粘接技術(shù)人才培養(yǎng)

粘接作為一道特殊而關(guān)鍵的工序，尤其是被業(yè)主關(guān)注的工序，其重要性不言而喻。近期，據(jù)不完全統(tǒng)計，在機(jī)車車輛制造企業(yè)中從事粘接工作的人員有千余人，其中具有資質(zhì)的專業(yè)技術(shù)人員二百多人，相比焊接等從業(yè)人員，這個數(shù)字遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。專業(yè)人才匱乏，理論知識基礎(chǔ)薄弱，粘接操作不規(guī)范，已嚴(yán)重制約粘接技術(shù)在機(jī)車車輛行業(yè)的發(fā)展。為保證粘接部件質(zhì)量的可靠性，粘接技術(shù)人才的培養(yǎng)顯得尤為重要。

5.2 粘接管理組織構(gòu)架

歐洲按DIN6701粘接質(zhì)量體系的劃分，具有專業(yè)資質(zhì)的技術(shù)人員分三個等級：

EAE歐洲粘接工程師：負(fù)責(zé)完整的粘接過程，從計劃、決策、設(shè)計直至生產(chǎn)完畢；在粘接技術(shù)方面，有思考、決策和執(zhí)行能力；對產(chǎn)品的整個生命周期負(fù)責(zé)，具有全局觀。EAE從事粘接主管的工作，負(fù)責(zé)粘接的所有方面。

EAS歐洲粘接技師：能編制作業(yè)指導(dǎo)書；正確實(shí)施粘接工藝過程；指導(dǎo)、監(jiān)督或管理操作員或工人進(jìn)行粘接工作；能控制過程參數(shù)，識別異?，F(xiàn)象。EAS從事粘接車間主管、粘接工藝主管、粘接現(xiàn)場指導(dǎo)與監(jiān)督，粘接質(zhì)量主管、粘接實(shí)驗室主管等工作。

EAB歐洲粘接操作員：理解膠粘劑粘接的特征和粘接特殊工序的意義，能準(zhǔn)確理解和執(zhí)行膠粘劑粘接的工藝操作規(guī)程。EAB從事粘接廠房管理、膠粘劑庫房管理、膠粘劑來料檢查、按作業(yè)指導(dǎo)書粘接零部件并制作伴隨樣件、施膠設(shè)備維護(hù)、實(shí)驗室粘接樣件制作等工作。

具有以上資質(zhì)的專業(yè)人員分別被安排在適合的崗位，協(xié)同合作，完成粘接這一特殊而關(guān)鍵的工序，才能有效保證使用在機(jī)車車輛上粘接零部件的可靠性。

6 結(jié)語

隨著粘接技術(shù)在機(jī)車車輛裝備領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，粘接技術(shù)的優(yōu)勢逐步被認(rèn)可。隨膠粘劑特性而來的粘接技術(shù)局限性必將在膠粘劑的開發(fā)，粘接工藝日新月異的發(fā)展中，被進(jìn)一步淡化。粘接技術(shù)在機(jī)車車輛業(yè)的快速發(fā)展，引發(fā)了機(jī)車車輛輕量化技術(shù)的革命。優(yōu)質(zhì)的新型機(jī)車車輛為人們提供了越來越安全、高效、舒適的出行服務(wù)。