粘接技术在机车车辆行业的应用

杜慧勇 吴鹤翔 杨晓芳 郎艳 杨帆

中车大连机车车辆有限公司 辽宁省大连市 116022

1 引言

人类使用胶粘剂历史源远流长，我们的祖先5000年前就会使用天然产物：黏土、淀粉、天然橡胶等进行粘接，制成生活用品，生产工具和兵器等。20世纪初，随着合成高分子工业的迅速发展，新型高分子胶粘剂不断涌现[1-2]。简单、易行、实用的胶粘剂粘接技术日益成熟，粘结技术逐步成为现代生活和现代工业不可或缺的技术[3-6]。

近年来，随着高铁动车进入我们的生活，中国中车有限股份公司的成立，国内机车车辆行业得到了前所未有的发展机遇。新材料、新技术大量使用在机车车辆行业，胶粘剂粘接技术代替传统的铆接，焊接越来越多地应用在新型材料的连接上。

粘接技术有其优越性，但作为特殊工序，不能通过终检和无损检测方法来检查和检测其质量，必须通过严密的过程控制才能保证质量。为此，建立从粘接接头设计、粘接工艺技术开发、生产制造、质量保证、售后维修的全过程的科学体系控制机车车辆粘接零部件质量势在必行。

2 国内外机车车辆使用胶粘剂的概况

2.1 概述

国内在机车车辆上使用结构粘接技术起步较晚，与发达国家相比有较大的差距。进入90年代以来，随着国家对机车车辆的提速、美观等等提出较高要求，质轻高强的复合材料才开始在机车车辆上得到应用，粘接技术的不断提升对复合材料应用范围的不断扩大起到了关键做用。

粘接连接相比于传统的连接方式，具有以下优势：粘接结构有更轻的质量；粘接结构应力分布均匀；弹性粘接具有减震降噪隔声的功能；弹性粘接可提高粘接结构抗冲击能力；良好的密封、防腐性能；可实现模块化组装；可实现其它机械连接不能固定的结构。

2.2 胶粘剂目前在机车车辆上的应用

目前国内机车车辆上使用的胶粘剂主要有化学固化胶粘剂、物理固化胶粘剂、压敏胶（无固化胶粘剂）三大类。根据其性能不同，造价不同，在机车车辆上的使用部位也不同。

化学固化胶粘剂主要有环氧类胶、聚氨酯类胶、MMA、MS改性硅烷胶、厌氧胶等。在机车车辆上的应用例如：环氧类胶作为结构胶用于铝蜂窝地板的粘接；聚氨酯类胶粘剂用于粘接玻璃，司机室头罩等；MMA作为结构胶粘接不同金属；MS改性硅烷胶主要用于密封；厌氧胶用于螺纹锁固和平面密封等。

物理固化胶粘剂主要有热熔胶、溶剂胶等。机车车辆上的应用例如：热熔胶用于粘接电器元件等；溶剂胶，以氯丁胶用于粘接地板布、橡胶件等。

压敏胶（无固化胶粘剂）主要有压敏胶带、丙烯酸酯压敏胶等，适合大面积粘接，具有粘接操作简单、不污染基材表面的特点。

3 粘接技术的研究

粘接技术是包含了从含粘接的零部件设计开始，工艺流程，生产过程质量监控，后期的产品的非破坏性检测及产品伴随样件的破坏性试验，粘接失效分析以及粘接修复的一系列的、全面系统性的技术。

3.1 粘接接头的设计

粘接接头必须有能力承受应力和应变，粘接接头的尺寸设计必须满足载荷小于载荷极限。

3.1.1 设计规则

粘结接头的设计应：简单、清晰、安全。其中是安全是最重要的，为了确保安全，应该考虑粘接接头可能承受到的所有载荷，仔细设计，使粘接接头结构设计本质上是安全的，必要时须冗余设计。粘接接头设计时安全等级评估是必不可少的；膨胀、蠕变和松弛、腐蚀、生产条件、危险因素等是设计中必须考虑的。

3.1.2 设计原理

（a）利用力传递原理，避免应力集中；（b）优化材料使用原理，通过对材料的选择来保证粘接件的强度与使用寿命；（c）合理利用变形匹配原理，保证足够的弥补量，相对变形越小越好；（d）设计中采用对称结构，利用平衡力原理，有效减少二次力。

以上各原理一般会综合的、同时的应用在机车车辆的粘接接头设计中。

3.2 粘接工艺

国内机车车辆行业的粘接工艺并没有像传统焊接技术一样，十分系统和规范地进行过研究。机车车辆粘接工艺的不断进步依赖于机车车辆制造材料的更新换代和机车车辆制造工艺水平的发展，往往新型化工胶粘剂材料的出现未及推广，技术人员对粘接结构比较陌生，仅从经验出发进行从事粘接工作，粘接技术理论支撑薄弱。

编制具体完善的粘接工艺作业指导书，要考虑如下项点：粘接现场的环境；胶粘剂及基材同温；基材的表面处理；辅助工具或工装的准备；施胶方案；研配、混胶、安装、固化等；伴随样件的制作。

3.3 粘接质量监控

（1）胶粘剂及辅料的来料检验；（2）粘接过程质量控制表的编制与填写；（3）伴随样件试验的破坏性测试及伴随样件的管理；（4）粘接零部件全面的无损检测；（5）粘接零部件的出厂检查；（6）粘接相关人员须经过培训与考核，持证上岗；（7）建立专业的粘接厂房、库房、粘接实验室及其各自的管理制度；（8）首件检验制度；（9）批量生产中的常规检验制度；（10）不合格品的管理制度。

3.4 粘接失效

胶粘剂是利用粘附和内聚将不同基材连接在一起的非金属物质，粘接的本质就是使用胶粘剂将基材连接在一起。粘接失效就是基材没有被胶粘剂连接在一起，即粘接破坏。

3.4.1 粘接的破坏模式

基材断裂；内聚破坏；单面粘附破坏；双面粘附破坏；粘附内聚破坏；

3.4.2 粘接失效的原因分析

粘接失效的原因很多，主要有以下几点：基材材质问题；胶粘剂问题；基材表面处理有问题；基材几何尺寸问题；底涂、活化剂晾干时间问题；固化条件；粘接环境。

4 粘接质量标准体系

粘接技术与焊接技术等不同，有其特殊性及局限性，这就决定了粘接技术质量标准体系的特殊性、重要性及专业性。欧洲轨道车辆行业引入了DIN6701粘接质量标准体系，提升了机车车辆粘接技术水平，从而保证了机车车辆粘接件的安全可靠，有效保证了铁路运输的有序进行。

过去那种，依赖于胶粘剂生产企业、胶粘剂供应商及其它行业胶粘剂标准来使用胶粘剂的模式，已不能适应机车车辆业的快速发展。国内应该在消化吸收DIN6701粘接质量标准体系的基础上，结合实际、因地制宜地建立机车车辆业自己的粘接质量标准体系，规范、统一和完善机车车辆粘接技术质量标准体系已刻不容缓。

5 粘接团队建设

5.1 粘接技术人才培养

粘接作为一道特殊而关键的工序，尤其是被业主关注的工序，其重要性不言而喻。近期，据不完全统计，在机车车辆制造企业中从事粘接工作的人员有千余人，其中具有资质的专业技术人员二百多人，相比焊接等从业人员，这个数字远远不够。专业人才匮乏，理论知识基础薄弱，粘接操作不规范，已严重制约粘接技术在机车车辆行业的发展。为保证粘接部件质量的可靠性，粘接技术人才的培养显得尤为重要。

5.2 粘接管理组织构架

欧洲按DIN6701粘接质量体系的划分，具有专业资质的技术人员分三个等级：

EAE欧洲粘接工程师：负责完整的粘接过程，从计划、决策、设计直至生产完毕；在粘接技术方面，有思考、决策和执行能力；对产品的整个生命周期负责，具有全局观。EAE从事粘接主管的工作，负责粘接的所有方面。

EAS欧洲粘接技师：能编制作业指导书；正确实施粘接工艺过程；指导、监督或管理操作员或工人进行粘接工作；能控制过程参数，识别异常现象。EAS从事粘接车间主管、粘接工艺主管、粘接现场指导与监督，粘接质量主管、粘接实验室主管等工作。

EAB欧洲粘接操作员：理解胶粘剂粘接的特征和粘接特殊工序的意义，能准确理解和执行胶粘剂粘接的工艺操作规程。EAB从事粘接厂房管理、胶粘剂库房管理、胶粘剂来料检查、按作业指导书粘接零部件并制作伴随样件、施胶设备维护、实验室粘接样件制作等工作。

具有以上资质的专业人员分别被安排在适合的岗位，协同合作，完成粘接这一特殊而关键的工序，才能有效保证使用在机车车辆上粘接零部件的可靠性。

6 结语

随着粘接技术在机车车辆装备领域的广泛应用，粘接技术的优势逐步被认可。随胶粘剂特性而来的粘接技术局限性必将在胶粘剂的开发，粘接工艺日新月异的发展中，被进一步淡化。粘接技术在机车车辆业的快速发展，引发了机车车辆轻量化技术的革命。优质的新型机车车辆为人们提供了越来越安全、高效、舒适的出行服务。