PVC 地板布自動焊接預熱工藝研究

王榮源 王 睿 葛向陽 辛華團

（中車青島四方機車車輛股份有限公司，山東 青島266111）

1 概述

城軌地鐵客車PVC 地板布多幅拼裝，中間留有縫隙需焊接密封[1,2]。焊接過程中，對自動焊接機的溫度穩(wěn)定性要求精細，目前未驗證自動焊接機的合理預熱時間，未驗證不同批次自動焊接機的溫度控制精度的一致性，導致焊接質(zhì)量存在偶然性。焊接方法采用熱風焊[3]，熱風口溫度是影響焊接質(zhì)量的重要因素，溫度影響焊接過程聚合物高分子熔融的程度、官能團反應速度、分子鏈相互纏繞的均勻性[4]，溫度過低，可能導致界面交融不完全，焊縫開裂[5,6]；溫度過高，可能導致邊緣燙焦；溫度起伏是產(chǎn)生應力集中的重要原因。因此，驗證自動焊接機預熱后的溫度控制精度，維持自動焊接機運行過程中溫度的穩(wěn)定性具有重要意義。本文通過驗證自動焊接機隨時間變化的溫度曲線，并進行整車長距離模擬試驗，明確了自動焊接機溫度檔位和產(chǎn)品批次的穩(wěn)定溫度、溫度精度的差異性，為保持穩(wěn)定的焊接溫度和焊接質(zhì)量提供重要數(shù)據(jù)支撐。

2 實驗方法

通過手持式測溫槍測試自動焊接機的熱風口溫度測試，采用對比試驗，分別對比不同批次（批次A、批次B）的自動焊接機的溫度曲線、對比不同檔位下（2 級/4 檔、3 級/4 檔、2 級/5檔、3 級/5 檔、2 級/5.5 檔、3 級/5.5 檔）的溫度變化曲線、對比隨時間變化（1～10min）的溫度曲線，以此判斷自動焊接機運行過程中的實際溫度變化，并記錄現(xiàn)場環(huán)境中溫度和濕度。

3 實驗結果與分析

3.1 不同檔位隨時間變化的溫度曲線

選取風量檔位（2、3 級）和溫度檔位（4、5、5.5）排列組合，研究自動焊接機預熱不同時間的溫度變化。由圖1 可知，隨著溫度檔位升高，其預熱初始溫度和預熱后穩(wěn)定溫度均逐步升高，當預熱時間超過3 分鐘后，各檔位溫度基本達到穩(wěn)定溫度，呈穩(wěn)態(tài)直線狀，因此選取4-10 分鐘的實際溫度的平均值作為穩(wěn)定溫度，且當風量為2 級或3 級時，其預熱溫度差異并不明顯，熱風口溫度隨時間變化曲線基本相同。比較其預熱后的穩(wěn)定溫度及標準差判斷其穩(wěn)定性，如圖2 所示，圖中誤差棒為溫度的標準差，當溫度檔位越高，標準差越大，溫度穩(wěn)定性越低，自動焊接機的溫度控制精度有待進一步提高。

圖1 不同檔位隨時間變化的溫度曲線圖

圖2 不同檔位穩(wěn)定溫度及標準差圖

3.2 不同批次溫度對比

實際應用過程中，發(fā)現(xiàn)不同批次的自動焊接機溫度控制精度存在差異性，由于PVC 地板布焊接質(zhì)量對工藝參數(shù)的控制較為嚴格，溫度精度的差異性將會對焊接質(zhì)量產(chǎn)生較大偶發(fā)性，因此研究了不同批次的自動焊接機熱風口溫度隨時間變化的曲線。

如表1 所示，與批次A 不同的是，批次B 的風量等級對熱風口溫度產(chǎn)生了影響，相同檔位下，風量越高，其初始溫度越高，但穩(wěn)定溫度差異性較小。對比發(fā)現(xiàn)，當溫度檔位為4 檔時，批次A 的初始溫度和穩(wěn)定溫度均高于批次B，且批次A 標準差更小，表明批次A 的4 檔位溫度更高且精度控制更為穩(wěn)定。但隨著溫度檔位升高，尤其當溫度檔位為5.5 時，批次B 的溫度標準差更小，見圖3，表明批次B 對高溫度檔位的溫度控制更為精確，這種差異性的發(fā)現(xiàn)有利于在實際使用過程中選擇合適的工藝檔位。

表1 不同批次的預熱溫度及標準差對比表

圖3 不同批次的預熱溫度及標準差對比圖

3.3 某一溫度現(xiàn)車穩(wěn)定性測試

選取風量3 檔、溫度4 檔的組合進行整車長距離焊接模擬試驗，環(huán)境溫濕度符合試驗要求。預熱3 分鐘后，每隔20s 測量一次溫度，連續(xù)測量3 次，若數(shù)據(jù)上下浮動不超過5℃視為達到穩(wěn)定溫度，即可開始長距離試驗，期間每運行50cm，檢測一次焊接機熱風口溫度，運行，運行整車長度距離，取得20 項數(shù)據(jù)，繪制雷達圖判斷溫度穩(wěn)定性。

如圖4 所示，在整車長距離試驗中，預熱后起始的穩(wěn)定溫度為217℃，實際運行溫度基本處于217±5℃區(qū)間，符合工藝要求。穩(wěn)定的運行溫度有利于焊條及母材表面分子在熔融過程中保持較穩(wěn)定的擴散速度，形成均勻的分子結構，降低分子曲線或者由于溫差造成的析出物夾雜[7]，有利于內(nèi)部空間的致密性，增強熔合面的內(nèi)聚力，提高抗拉強度。

圖4 整車長距離模擬試驗溫度變化曲線

4 結論

4.1 當預熱時間超過3 分鐘后，各檔位溫度基本達到穩(wěn)定溫度，呈穩(wěn)態(tài)直線狀，因此施工過程中可規(guī)定預熱3 分鐘后，每隔20s 測量一次溫度，連續(xù)測量3 次，若數(shù)據(jù)上下浮動不超過5℃視為達到穩(wěn)定溫度。

4.2 對比發(fā)現(xiàn)，批次A 的低溫度檔位的溫度控制更為穩(wěn)定，批次B 對高溫度檔位的溫度控制更為精確，有利于在實際使用過程中選擇合適的工藝檔位，同時需要對自動焊接機的溫控精度的統(tǒng)一性提出更高要求。

4.3 自動焊接機在長距離溫度試驗中可保持較穩(wěn)定的溫度區(qū)間，只需多次測溫，無需認為調(diào)整溫度，可大幅降低焊接質(zhì)量的偶然性，利于消除溫差造成的應力集中，增強熔合面的內(nèi)聚力，提高焊縫抗拉強度的穩(wěn)定性。