不锈钢地铁侧墙点焊工艺优化

宁海石

中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东青岛 266111

1 传统不锈钢侧墙组焊工艺

1.1 组装工艺

侧墙组装工艺为：侧墙横梁、立柱利用侧墙骨架组焊工装，通过反装形式形成侧墙单元骨架。然后将侧墙骨架吊运至侧墙铺板台位，采用正装形式铺设侧墙板，完成侧墙单元组装。将侧墙单元吊运至侧墙单元点焊台位，采用侧墙单面点焊机完成侧墙单元点焊。

该工艺不足之处在于，工序流程长，占用厂房面积大，施工人员多。同时需要侧墙骨架组装和侧墙铺板两种工装共计6 套，工装通用性差，柔性化程度不高，不同项目、不同断面侧墙切换时需要新制、或者调整改造工装，工装改造费用高，工艺准备周期长[1]。

1.2 焊接工艺

侧墙骨架与侧墙板采用电阻点焊连接，主要以薄板为主，板厚组合通常为1．5mm +1．5mm，或1．5mm +2mm，采用单面点焊工艺，在侧墙单元单面点焊平台上使用单面点焊机进行焊接，焊接台位上铺有导电和散热较好的纯铜垫板，可以起到辅助电极的作用，一方面可以减少点焊分流对于点焊焊接质量的影响，另一方面较快的散热可以控制焊接变形和提高焊点的质量[2]。侧墙总组成主要采用双面点焊工艺，板厚组合通常为3mm +1．5mm，3mm +1．5mm +1．5mm 等，焊接难点不仅是板厚层数多，还存在板厚相差大，焊接时薄板容易出现熔深不够和焊核直径不够的现象。点焊参数设置不合理同样会导致焊点未熔合或未完全熔合；裂纹；气孔；缩孔；电极压痕过深、飞溅、过烧、熔透率不符合要求等缺陷。

2 不锈钢侧墙组焊工艺优化

2.1 组装工艺优化

2.1.1 工艺流程优化

将原侧墙单元组焊工艺流程：侧墙梁柱组焊→侧墙骨架铺板→侧墙单元点焊，优化为侧墙横梁与墙板点焊→侧墙梁柱与横梁弧焊，将侧墙单元组焊工艺由3 个工步优化为2 个工步，工艺流程缩短，台位占用厂房面积减少，施工人员数量减少。

2.1.2 工装优化

传统侧墙骨架组焊工装由垫板、定位块、手动压紧器组成，工装断面根据侧墙断面设计，侧墙断面变化以及项目切换时，侧墙骨架组焊工装需要更换垫板，以满足侧墙断面要求，工装改动量大费用高，费时费力，工艺准备周期长，同时工件定位采用手动压紧方式，生产效率低。

优化后的侧墙骨架组焊工装由18 组定位模板、4 组自动压紧装置、6 根滑轨组成。其中18 组定位模板中每组模板由加工模板、支撑梁、支撑柱组成，定位模板在4 根滑轨上根据侧墙单元大小随意调整间距，同时满足大、中、小侧墙单元组装；定位模板断面形式可根据不同车型不同断面角度进行柔性化调节，无需整体新制或者改造模板。自动压紧装置由横梁、支撑柱、压紧气缸、压紧头组成，自动压紧装置在2 根滑轨上自由滑动，根据需要滑动到待压紧部位，实现自动压紧；自动压紧装置亦可根据侧墙断面形式柔性化调整角度，以满足不同断面侧墙单元压紧[3]。

优化后的侧墙骨架组焊工装由6 套减少为1 套，工装的通用性强，柔性化程度高，并可根据侧墙单元大小和断面不同，柔性调节定位模板及自动压紧装置间距、角度，并实现自动压紧，提高生产效率、降低了工人劳动强度。

2.2 焊接工艺优化

（1）未熔合的解决措施。未熔合是较严重的缺陷之一，直接影响焊缝接头强度，尤其是疲劳强度。通常未熔合是由于热输入量不足造成，可通过加大焊接电流、电极压力或焊接时间加以改善。

（2）缩孔的解决措施。缩孔是由于电极压力不足，焊核液态金属由外向内凝固时，缩孔处得不到有效的填充而形成，可以通过加大电极压力、加长焊接前的预压时间来解决。

（3）熔透率的控制措施。熔透率是焊点质量是否合格的重要指标，过高和过低都会降低接头强度。JIS Z3140 中指出，焊核的熔透率应在20%-80% 之间。影响熔透率的因素较多，重要的有电流、焊接时间、电极压力、电极材料、电极形状等，电流、焊接时间、电极压力过大时易造成熔透率过大，电流、焊接时间、电极压力过小时易造成熔透率过小。上下电极材料不一致时同样易造成熔透率过大。

（4）过烧的解决措施。过烧后的焊点状态表面有铬碳化物沉积，影响无涂装不锈钢车体的商品化质量。过烧通常由于焊接时间太长、焊后冷却时间过短造成。

在实际生产中发生过烧的原因主要有：焊后冷却时间过短：应检查点焊设备的冷却水循环是否正常工作，保护气体流量是否正常。

（5）飞溅的解决措施。焊点焊接过程中出现表面和内部飞溅，会影响焊点的表面和内部质量。电流过大、焊接时间过长、电极压力过小、工件间间隙过大、焊点距工件边距过小、工件表面清理不足均可能引起飞溅。

在实际生产中发生飞溅的原因主要有：①工件间隙过大：不锈钢点焊工件一般为薄板折弯、压型件，工件折弯数量较多时，应优先保证点焊位置的尺寸，确保工件配合密贴。在焊接刚性较弱、焊点较多的工件时，应采用合理的点焊顺序，比如由中心向四周、间隔数个点焊跳跃的方式点焊。②工件表面清理不足：工件在下料时在工件表面会残留油污、铁屑等杂质，在点焊前必须将杂质清除，保证工件间、工件与电极接触面清洁。在焊接过程中应及时观察电极接触面状态，电极帽或电极前端有明显磨损或杂质时，应及时更换电极帽或研磨整形。③工件压力过小：随着点焊设备的使用，气缸等部件状态会逐渐产生变化，在出现频繁飞溅时，在排除其他因素后，应利用压力计、电流计对设备进行验证。④焊点距工件边距过小：手动点焊设备出现该现象多数是由于操作人员焊接手法问题，应提升操作人员的操作能力、责任心。如果为自动点焊设备出现该问题，应及时检查工件位置、工装及自动焊接程序。

3 结语

通过上述不锈钢地铁侧墙点焊工艺优化论述，可得到以下结论：①通过侧墙单元组焊工艺流程缩短、侧墙单元组焊工装通用性和柔性化程度提高，可实现侧墙组焊工艺优化，降低项目成本，降低劳动强度，提高生产效率；②通过优化焊接参数、优化板厚组合，可降低甚至避免焊接缺陷的产生。