螺柱焊在軌道客車不銹鋼波紋地板上的應(yīng)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(jié)構(gòu)上應(yīng)用螺柱焊替代螺柱氣保焊焊接工藝的可行性，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了相關(guān)力學(xué)性能檢測，形成工藝評定試驗(yàn)報(bào)告，實(shí)現(xiàn)了螺柱焊在軌道客車不銹鋼波紋地板上的應(yīng)用。

關(guān)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(jī)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(yīng)用于鈑金加工、汽車制造、船舶制造等行業(yè)。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(xiàn)狀

該項(xiàng)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(gè)地板螺柱，用于后期總裝過程中與地板梁的連接，初期設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)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?？紤]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(zhì)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(xiàn)象，并且焊后螺柱垂直度不能保證要求，焊接變形也無法調(diào)修;其次組好的焊件與波紋地板進(jìn)行組裝二次焊接操作空間僅為波紋地板凹槽內(nèi)20*20mm方形，焊槍角度不好調(diào)整，操作空間有限，熱量積聚，極易出現(xiàn)焊接燒穿及成型不良等質(zhì)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(tǒng)CO2氣體保護(hù)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(chǎn)品特點(diǎn)，又要考慮各種螺柱焊本身的工藝特點(diǎn)，從而選擇最為合適和高效的焊接方式。

經(jīng)調(diào)研，螺柱焊選用原則依據(jù)：①被焊工件的厚度及表面狀態(tài)②工件及螺柱材質(zhì)③緊固件尺寸

1）拉弧式螺柱焊焊接碳鋼時(shí)需要瓷環(huán)保護(hù)，焊接鋁、鎂等有色金屬時(shí)需要惰性氣體保護(hù)，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(jié)，焊縫厚，熔深大，焊接時(shí)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(qū)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(huán)或氣體保護(hù)，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(chǎn)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(hù)，螺柱直徑2～8mm，適合3mm以下薄板焊接，焊接時(shí)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(shù)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(yù)留間隙式和預(yù)接觸式。拉弧式和預(yù)留間隙式適用于固定式或手提式設(shè)備，預(yù)接觸式僅適用于移動式設(shè)備。

根據(jù)該車車體鋼結(jié)構(gòu)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(shè)備，所以采用：電容儲能式螺柱焊（預(yù)接觸式）。

經(jīng)市場調(diào)研，確定為英國泰勒（Taylor Studwelding）CD電容放電儲能式螺柱焊機(jī)，型號CD-132預(yù)接觸式。

4. 螺柱焊試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

螺柱焊的焊接質(zhì)量需要根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行相關(guān)工藝試驗(yàn)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ISO14555《金屬材料螺柱焊》，電容放電尖端引燃螺柱焊實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括目視檢測、拉力試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)，為驗(yàn)證熔合情況附加了宏觀金相試驗(yàn)。

本試驗(yàn)?zāi)M車體鋼結(jié)構(gòu)波紋地板焊接形式，基體母材采用波紋地板材質(zhì)06Cr19Ni10，板厚1mm，螺柱采用M8-35螺柱，材質(zhì)A2-50。

試驗(yàn)結(jié)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(yàn)：30°合格無斷裂。

3）拉力試驗(yàn)：斷裂在母材或螺柱，不完整區(qū)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(jù)試驗(yàn)結(jié)果編制符合ISO14555標(biāo)準(zhǔn)要求的WPQR焊接工藝評定報(bào)告指導(dǎo)生產(chǎn)。

5.結(jié)語

電容儲能式螺柱焊的應(yīng)用不但解決了地板螺柱焊接質(zhì)量難以保證的問題，同時(shí)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(yīng)用梳理了方向和積累了經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]龔勝峰.螺柱焊接技術(shù)及工藝[J].電焊機(jī).2016（1）.

[2]成都電焊機(jī)研究所.焊接設(shè)備選用手冊[M].機(jī)械工業(yè)出版社.2006-3-1.

[3]尤建兵.螺柱焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢[J].電焊機(jī).2016（1）.