預(yù)涂導(dǎo)電密封膠的軌道車輛不銹鋼車體電阻點(diǎn)焊工藝試驗(yàn)

陳德強(qiáng) 王媛媛

摘要：根據(jù)某不銹鋼車輛上下側(cè)墻板搭接結(jié)構(gòu)形式，采用涂導(dǎo)電密封膠的電阻點(diǎn)焊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)連接的同時(shí)保證了車輛密封。為驗(yàn)證該工藝的可靠性，采用預(yù)涂導(dǎo)電密封膠的電阻點(diǎn)焊技術(shù)分別對(duì)三種搭接結(jié)構(gòu)試件進(jìn)行焊接試驗(yàn)。焊后根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)分別對(duì)三種搭接結(jié)構(gòu)進(jìn)行電阻點(diǎn)焊接頭試驗(yàn)，包括外觀檢驗(yàn)、剝離試驗(yàn)、剪切拉伸試驗(yàn)和金相檢驗(yàn)，并對(duì)點(diǎn)焊接頭的表面凹陷尺寸、熔核直徑、拉剪載荷、熔核內(nèi)部裂紋、縮孔缺陷等進(jìn)行分析。結(jié)果表明，電阻點(diǎn)焊接頭性能滿足結(jié)構(gòu)要求，基于導(dǎo)電密封膠的電阻點(diǎn)焊技術(shù)在不銹鋼車體上的應(yīng)用是可行的，可用于項(xiàng)目生產(chǎn);同時(shí)驗(yàn)證了所設(shè)定的點(diǎn)焊參數(shù)是合理的，為基于導(dǎo)電密封膠的電阻點(diǎn)焊技術(shù)在不銹鋼車體中的應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)支持。

關(guān)鍵詞：電阻點(diǎn)焊;導(dǎo)電密封膠;不銹鋼車體

中圖分類號(hào)： TG453+.9????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B文章編號(hào)：1001-2303（2022）02-0090-07

Process Test of Resistance Spot Welding Based on Conductive Sealant for Stainless Steel Carbody of Railway Vehicle

CHEN Deqiang， WANG Yuanyuan

CRRC Nanjing Puzhen Co.， Ltd.，Nanjing 210031， China

Abstract： According to the lap joint structure of the upper and lower sidewall panels of a stainless steel vehicle， the spot welding technology based on conductive sealant is adopted to realize the structural connection， and ensure the vehicle seal‐ ing. To verify the reliability of the procedure， the three types of lapping structure were carried out welding tests respectively by resistance spot welding based on conductive sealant. Then， tests on spot welded joint were carried out for the three types of lapping structure according to the product standard after welding，and the visual testing， shear testing， shear tensile testing， metallographic examination are included.Moreover， the test results of the dent size on the spot welded joint surface，nuggetdiameter，tensile shear force，cracks inside nugget，shrinkage hole were analyzed. The test results show that performance of re‐ sistance spot welded joint can meet the demands for the structure，and the resistance spot welding technology based on con‐ ductive sealant applied in the stainless steel carbody is feasible; and the spot welding parameters are verified reasonable， which can provide the data support for the resistance spot welding technology based on conductive sealant applied in the stainless steel carbody.

Keywords： resistance spot welding; conductive sealant; stainless steel carbody

引用格式：陳德強(qiáng)，王媛媛.預(yù)涂導(dǎo)電密封膠的軌道車輛不銹鋼車體電阻點(diǎn)焊工藝試驗(yàn)[J].電焊機(jī)，2022，52（2）：90-96.

Citation：CHENDeqiang， WANG Yuanyuan. Process Test of Resistance Spot Welding Based on Conductive Sealant for Stainless Steel Carbody of Railway Vehicle[J]. Electric Welding Machine， 2022， 52（2）：90-96.

0? 前言

電阻點(diǎn)焊技術(shù)具有焊接質(zhì)量穩(wěn)定、焊接變形小、生產(chǎn)效率高、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空、航天、能源、電子、軌道車輛及輕工等行業(yè)[1-4]。尤其在軌道車輛無(wú)涂裝不銹鋼車體制造領(lǐng)域，電阻點(diǎn)焊已成為主要的連接技術(shù)。

由于電阻點(diǎn)焊存在分流現(xiàn)象，2個(gè)焊點(diǎn)之間應(yīng)有一定的距離。如對(duì)于板厚2 mm的SUS301L不銹鋼材料，2個(gè)焊點(diǎn)之間的間距應(yīng)在40 mm 以上[5]。對(duì)于不銹鋼車體外側(cè)位置，如車體側(cè)墻板采用上墻板、下墻板搭接方式通過(guò)電阻點(diǎn)焊連接，焊點(diǎn)之間的間距位置存在漏風(fēng)、漏雨等密封隱患，無(wú)法滿足車輛在密封隔音降噪方面的設(shè)計(jì)要求。受應(yīng)用成熟的汽車車身涂膠點(diǎn)焊技術(shù)啟發(fā)，將密封膠點(diǎn)焊引入到軌道車輛中。

目前，軌道車輛密封膠點(diǎn)焊技術(shù)研究還開展相對(duì)較少，有部分學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了研究。郭太吉[6]等人將密封膠點(diǎn)焊技術(shù)應(yīng)用于0.6 mm+4 mm 差厚板組合搭接，認(rèn)為密封膠受熱分解過(guò)程可以改變電流密度分布，進(jìn)而影響熔核直徑和熔透深度;丁成鋼[7]等人從點(diǎn)焊接頭外觀、斷面檢驗(yàn)、力學(xué)性能方面分析了涂密封膠對(duì)接頭性能的影響，得出涂抹密封膠后接頭的抗拉伸、剪切性能會(huì)略有下降的結(jié)論，但未涉及詳細(xì)試驗(yàn)方法及參數(shù);康麗齊[8]等人從1.5 mm+1.5 mm薄板組合搭接點(diǎn)焊試驗(yàn)入手，并做了焊點(diǎn)性能試驗(yàn)，結(jié)果表明導(dǎo)電密封膠對(duì)電阻點(diǎn)焊的焊接性能存在影響，但研究中只涉及了一種薄板搭接形式，存在局限性。綜合目前已有研究可知，板厚及搭接組合形式、焊接參數(shù)、密封膠型號(hào)等對(duì)焊點(diǎn)質(zhì)量均存在不同程度的影響，需要進(jìn)行更多的試驗(yàn)研究。

中車浦鎮(zhèn)公司某海外不銹鋼車輛項(xiàng)目，側(cè)墻模塊為上墻板、下墻板搭接后與骨架點(diǎn)焊的結(jié)構(gòu)，包含三種搭接結(jié)構(gòu)。本文基于該車輛結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)三種搭接結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)涂導(dǎo)電密封膠的電阻點(diǎn)焊工藝試驗(yàn)研究，驗(yàn)證該技術(shù)的可靠性，為具體應(yīng)用到訂單項(xiàng)目提供支持，并且為涂導(dǎo)電密封膠的電阻點(diǎn)焊技術(shù)提供理論基礎(chǔ)及數(shù)據(jù)支持。

1?? 焊接試驗(yàn)

1.1? 試驗(yàn)工況分析

中車浦鎮(zhèn)公司海外不銹鋼車輛項(xiàng)目根據(jù)設(shè)計(jì)要求及材料性能，側(cè)墻板、立柱均采用2 mm 厚 SUS301L-MT 不銹鋼材料，門立柱采用4 mm 厚 SUS301L-MT不銹鋼材料，其屈服強(qiáng)度≥480 MPa，抗拉強(qiáng)度≥820 MPa，延伸率≥25%。

焊接結(jié)構(gòu)形式有三種，分別為：上墻板、下墻板兩層板搭接點(diǎn)焊，上墻板、下墻板及立柱三層板搭接點(diǎn)焊，上墻板、下墻板及門立柱三層板搭接點(diǎn)焊。這三種搭接結(jié)構(gòu)均須保證車體外側(cè)上墻板、下墻板之間的接觸面密封，以滿足車輛密封隔音降噪的設(shè)計(jì)要求。為此，采用基于導(dǎo)電密封膠的電阻點(diǎn)焊工藝，即在側(cè)墻上墻板、下墻板搭接面之間均預(yù)涂具有導(dǎo)電功能的導(dǎo)電密封膠，以保證焊點(diǎn)之間的間距位置密封。導(dǎo)電密封膠型號(hào)選用AT-S，其主要成分為耐熱性能優(yōu)良的變性醇酸樹脂，加上無(wú)機(jī)物質(zhì)、鋁粉末、特殊粘著劑制成，其中鋁粉末能使密封膠顯示出良好的導(dǎo)電性。

1.2? 焊接試件制備

試板規(guī)格及搭接結(jié)構(gòu)形式如表1所示，三組點(diǎn)焊搭接結(jié)構(gòu)形式為2 mm+2 mm，2 mm+2 mm+2 mm，2 mm+2 mm+4 mm（分別對(duì)應(yīng)表2中01，02，03）。每組搭接結(jié)構(gòu)各制備23件試件，其中11件用于剝離試驗(yàn)，11件用于拉伸試驗(yàn)，1件用于宏觀金相檢驗(yàn)。

試件制備的重要一步是在試板之間預(yù)涂導(dǎo)電密封膠。先用丙酮將試板表面油脂等雜質(zhì)清除干凈，以減少焊接過(guò)程中非導(dǎo)電物質(zhì)對(duì)導(dǎo)電性的影響;再用工具將導(dǎo)電膠均勻地涂抹在試板上，在電阻點(diǎn)焊縱向排布中心涂膠，鋪展后的導(dǎo)電膠以電阻焊點(diǎn)為中心橫向輻射約10～15 mm 。導(dǎo)電密封膠的涂打示意如圖1所示。導(dǎo)電密封膠涂打后按照3種點(diǎn)焊搭接接頭形式組裝焊接試件，組裝好的試件如圖2所示。

1.3? 焊接設(shè)備

該不銹鋼項(xiàng)目側(cè)墻結(jié)構(gòu)采用小模塊分別組焊，因此側(cè)墻板及立柱之間的焊接可以在面積小的銅臺(tái)單面電阻點(diǎn)焊機(jī)上進(jìn)行，焊接方式是將側(cè)墻板平放在銅臺(tái)上，再鋪裝骨架，銅臺(tái)充當(dāng)焊接工裝及焊接導(dǎo)體，可保證焊后側(cè)墻外表面美觀。銅臺(tái)單面點(diǎn)焊接示意如圖3所示。但是對(duì)于側(cè)墻板與門立柱之間的焊接，考慮到門立柱C字型斷面結(jié)構(gòu)，采用銅臺(tái)單面點(diǎn)焊接空間不夠，故采用BC Robot1電阻點(diǎn)焊機(jī)器人，焊接示意如圖4所示。

根據(jù)ISO 15614-12標(biāo)準(zhǔn)[6]，焊接試驗(yàn)應(yīng)使用與工藝規(guī)程測(cè)試相同的焊接設(shè)備類型，故搭接形式為2 mm+2 mm和2 mm+2 mm+2 mm的試件焊接采用銅臺(tái)單面電阻點(diǎn)焊機(jī)，電極頭材料為鉻銅合金，電極直徑Φ16 mm，電極帽端部呈球面，R100 mm。搭接形式為2 mm+2 mm+4 mm 的試件采用 BC Ro‐ bot1電阻點(diǎn)焊機(jī)器人，電極頭材料為鉻銅合金，電極直徑Φ19 mm，電極帽端部呈球面，R100 mm 。

1.4? 焊接過(guò)程

在點(diǎn)焊過(guò)程中，焊接電流、焊接時(shí)間和電極壓力是三個(gè)主要影響因素[1]。經(jīng)多次設(shè)備調(diào)試，三種搭接結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的點(diǎn)焊參數(shù)分別如表2～表4所示。由表可知，對(duì)于不同的板厚及搭接層數(shù)，電極壓力、預(yù)熱電流和焊接電流設(shè)定不同。

2? 點(diǎn)焊接頭試驗(yàn)和結(jié)果分析

焊后根據(jù)ISO 15614-12標(biāo)準(zhǔn)[9]對(duì)三種搭接點(diǎn)焊接頭進(jìn)行外觀檢驗(yàn)、剝離試驗(yàn)、剪切拉伸試驗(yàn)和金相檢驗(yàn)。

2.1? 外觀檢驗(yàn)

對(duì)點(diǎn)焊后的所有試件進(jìn)行100%目測(cè)檢查，包括焊核的外觀、形狀、表面缺陷等。根據(jù)EN 15085- 3標(biāo)準(zhǔn)[3]和軌道車輛產(chǎn)品規(guī)定有外觀要求的表面：，焊接痕跡（電極壓痕、環(huán)形加強(qiáng)斑痕、缺欠、熱變形等）不能超過(guò)單側(cè)板厚度的10%[10]。表面凹陷尺寸檢測(cè)結(jié)果≤0.2 mm，外觀檢驗(yàn)滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求。

2.2? 剝離試驗(yàn)

三種搭接形式試件中，各選取11件進(jìn)行制樣，把其中一搭接板一端預(yù)先折彎，制作成可易于在剝離機(jī)上夾緊的試樣，經(jīng)機(jī)械矯正，在剝離機(jī)上進(jìn)行剝離試驗(yàn)，如圖5所示。

三種搭接結(jié)構(gòu)剝離后的試件如圖6所示。用游標(biāo)卡尺測(cè)量試件熔核直徑，結(jié)果如表5～表7所示。

由表可知，三種搭接結(jié)構(gòu)試件的單個(gè)熔核直徑和平均值均滿足標(biāo)準(zhǔn)[5]中要求的7 mm。

2.3? 剪切拉伸試驗(yàn)

將拉伸試件夾緊在CMT5205微機(jī)控制萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上，在室溫下進(jìn)行拉伸剪切試驗(yàn)。拉斷后試件如圖7所示，三種試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表8～表10所示，可以看出，預(yù)涂導(dǎo)電膠電阻點(diǎn)焊拉伸力值均高于標(biāo)準(zhǔn)[5]要求的17 kN。

2.4? 金相檢驗(yàn)

金相檢驗(yàn)時(shí)，先選擇一個(gè)通過(guò)焊點(diǎn)中心并垂直于板表面的截面，采用機(jī)加工方法在該截面位置截?cái)嘣嚰@取斷面，研磨后放入10倍刻度放大鏡酸洗容器（溶液為5%硝酸酒精）進(jìn)行腐蝕，檢測(cè)熔核內(nèi)部有無(wú)裂紋、氣孔、夾雜、縮孔等缺陷。三種搭接結(jié)構(gòu)試件熔核宏觀金相如圖8所示。軌道車輛產(chǎn)品要求熔核厚度達(dá)到金屬薄板厚度的30%～90%，允許熔核中心部位出現(xiàn)裂紋（最大不超過(guò)熔核直徑的1/2），允許在熔核中心部位出現(xiàn)氣孔（最大不超過(guò)熔核直徑的1/2）[5，10]。對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)定，宏觀金相熔核合格，無(wú)縮孔等缺陷，符合產(chǎn)品要求。

3? 結(jié)論

（1）添加金屬粉末如鋁粉末的密封膠具有導(dǎo)電性，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)電阻點(diǎn)焊過(guò)程。在焊件接觸面之間預(yù)涂密封膠，與未涂密封膠相比，盡管會(huì)加大整個(gè)焊接回路整體電阻，使導(dǎo)電性能下降，但是通過(guò)調(diào)整優(yōu)化焊接參數(shù)，能較好實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊過(guò)程。

（2）對(duì)預(yù)涂導(dǎo)電密封膠的電阻點(diǎn)焊接頭進(jìn)行一系列試驗(yàn)，包括外觀檢驗(yàn)、剝離試驗(yàn)、拉伸試驗(yàn)、宏觀金相檢驗(yàn)等，結(jié)果表明，焊點(diǎn)剝離直徑滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，拉剪載荷高于標(biāo)準(zhǔn)值，宏觀金相無(wú)缺陷，接頭性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。通過(guò)試驗(yàn)證明，與未涂密封膠相比，涂密封膠盡管會(huì)降低焊點(diǎn)力學(xué)性能，但都符合標(biāo)準(zhǔn)要求，滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)電密封膠的電阻點(diǎn)焊技術(shù)是可行的，可用于項(xiàng)目生產(chǎn)。。

（3）針對(duì)三種搭接結(jié)構(gòu)接觸面間預(yù)涂導(dǎo)電密封膠，通過(guò)調(diào)整焊接參數(shù)，能較好地實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊過(guò)程。焊接參數(shù)可為預(yù)涂密封膠的電阻點(diǎn)焊技術(shù)在不銹鋼車輛中的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。

（4）預(yù)涂密封膠的電阻點(diǎn)焊既能實(shí)現(xiàn)車輛密封要求，又能滿足產(chǎn)品焊接性能要求。對(duì)于車外有搭接結(jié)構(gòu)的不銹鋼車輛，基于導(dǎo)電密封膠的電阻點(diǎn)焊技術(shù)可以作為一種車體常用的焊接方法。

（5）未來(lái)對(duì)于涂密封膠進(jìn)行電阻點(diǎn)焊的焊接參數(shù)設(shè)計(jì)及其優(yōu)化還需進(jìn)一步研究，以達(dá)到降低密封膠的影響，進(jìn)一步提升焊接接頭性能的目的。

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