劉海偉，李軍，趙雪山，高文文，顏炳劍，郭猛，郭帥，張強(qiáng)

摘要：按照合同要求，中車長客在某出口項(xiàng)目執(zhí)行AWS D17.2/D17.2M：2013點(diǎn)焊標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)是美國航空航天點(diǎn)焊標(biāo)準(zhǔn)，與現(xiàn)行的EN15085鐵路軌道車輛焊接標(biāo)準(zhǔn)有較大的差別。從點(diǎn)焊工藝評(píng)定試驗(yàn)、設(shè)備驗(yàn)證試驗(yàn)、點(diǎn)焊質(zhì)量判定、周期性檢驗(yàn)等方面對(duì)AWS D17.2/D17.2M：2013點(diǎn)焊標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，并與國際鐵路客車行業(yè)通用的EN15085焊接標(biāo)準(zhǔn)和日本點(diǎn)焊標(biāo)準(zhǔn)JIS E 4048進(jìn)行對(duì)比，確定了AWS D17.2/D17.2M：2013點(diǎn)焊標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的重點(diǎn)要求，為項(xiàng)目的順利實(shí)施提供了技術(shù)保障。

關(guān)鍵詞：軌道車輛;電阻點(diǎn)焊;焊接標(biāo)準(zhǔn);設(shè)備驗(yàn)證;驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

中圖分類號(hào)：TG453+.9? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B? ? ? ? ?文章編號(hào)：1001-2003（2021）09-0081-04

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2021.09.15

0? ? 前言

伴隨中車長春軌道客車股份有限公司（以下簡稱長客）海外市場(chǎng)的開拓，采用點(diǎn)焊工藝的軌道車輛已經(jīng)走出國門，成功進(jìn)入了泰國、巴西、澳大利亞及美國等市場(chǎng)，出口車輛材質(zhì)主要為不銹鋼。電阻點(diǎn)焊形核過程發(fā)生在板材內(nèi)部，無法直接觀察，且焊接過程中焊核溫度很高，升、降溫速度極快，平衡態(tài)理論只能起到一定程度上的指導(dǎo)作用。為保證電阻點(diǎn)焊工藝滿足要求，采取合適的電阻點(diǎn)焊標(biāo)準(zhǔn)并進(jìn)行關(guān)鍵項(xiàng)點(diǎn)的驗(yàn)證和控制尤為重要[1-4]。

長客不銹鋼地鐵項(xiàng)目歷來采用的是歐洲的國際通用標(biāo)準(zhǔn)，即軌道交通行業(yè)的EN15085質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系[5]。而某地鐵項(xiàng)目的業(yè)主提出了該項(xiàng)目需要執(zhí)行AWS D17.2/D17.2M：2013點(diǎn)焊標(biāo)準(zhǔn)，此標(biāo)準(zhǔn)為美國航空航天電阻點(diǎn)焊規(guī)范，這是長客首次應(yīng)用此標(biāo)準(zhǔn)[6]。

文中分別從生產(chǎn)過程中涉及到的點(diǎn)焊工藝評(píng)定認(rèn)證方法選擇、試驗(yàn)種類、設(shè)備驗(yàn)證、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)以及周期性檢驗(yàn)等方面進(jìn)行了說明，這些項(xiàng)點(diǎn)能夠完整覆蓋整個(gè)的點(diǎn)焊生產(chǎn)過程，并詳細(xì)介紹了與EN15085標(biāo)準(zhǔn)存在明顯差異之處。

1 點(diǎn)焊工藝評(píng)定認(rèn)證方法選擇

焊接工藝評(píng)定認(rèn)證工作是保證焊接質(zhì)量的重要組成部分。AWS D17.2標(biāo)準(zhǔn)中包含兩種點(diǎn)焊工藝評(píng)定認(rèn)證方法，分別為標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證法和設(shè)計(jì)許用認(rèn)證法。其中標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證法需要檢測(cè)3個(gè)金相試樣和5個(gè)拉伸試樣，相應(yīng)結(jié)果均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求才認(rèn)證該工藝合格。設(shè)計(jì)許用認(rèn)證法需要進(jìn)行180點(diǎn)拉伸試驗(yàn)，然后對(duì)180組拉伸數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，要求相應(yīng)結(jié)果滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。目前長客采用的EN15085-3和EN ISO15614-12[7]標(biāo)準(zhǔn)中有類似于美標(biāo)中標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證法的認(rèn)證方法，但是沒有類似180點(diǎn)試驗(yàn)的認(rèn)證方法。且AWS D17.2標(biāo)準(zhǔn)中并未給出兩種認(rèn)證方法的具體適用范圍。

在公司生產(chǎn)的地鐵項(xiàng)目中，存在多種板厚組合形式，同時(shí)板厚比例也大相徑庭。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)積累，板厚比例過大時(shí)會(huì)導(dǎo)致焊核的偏移以及比例超差的壓痕，此種情況下金相檢測(cè)的合格率非常低，因此經(jīng)與業(yè)主溝通，決定依據(jù)日本標(biāo)準(zhǔn)JIS E4048標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于板厚比例的規(guī)定。

日本標(biāo)準(zhǔn)JIS E4048[8]中對(duì)于組合形式板厚比例的要求為普通鋼材及不銹鋼重合板的合計(jì)板厚與外側(cè)板的板厚之比應(yīng)小于5。當(dāng)3張或4張板重合時(shí)，普通鋼材及不銹鋼最厚板的板厚與外側(cè)薄板的板厚之比應(yīng)小于3。另外，不銹鋼最薄板的板厚應(yīng)超過外側(cè)薄板板厚的1/2以上。

因此，結(jié)合AWS D17.2標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行難度和公司的實(shí)際情況，在項(xiàng)目的點(diǎn)焊工藝評(píng)定認(rèn)證中當(dāng)板厚組合形式滿足以上的板厚比例要求時(shí)，選取標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證法進(jìn)行工藝評(píng)定的制作工作;當(dāng)板厚組合形式不滿足以上要求時(shí)，則選取設(shè)計(jì)許用認(rèn)證法進(jìn)行工藝評(píng)定的制作工作。

2 點(diǎn)焊工藝評(píng)定認(rèn)證試驗(yàn)種類

2.1 標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證法需要進(jìn)行的試驗(yàn)

AWS D17.2標(biāo)準(zhǔn)中明確了標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證法需要點(diǎn)焊的試驗(yàn)片數(shù)量和試驗(yàn)種類，如表1所示，共需8個(gè)點(diǎn)焊試驗(yàn)片，其中5個(gè)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，3個(gè)進(jìn)行金相試驗(yàn)。進(jìn)行點(diǎn)焊的試驗(yàn)片可以分為兩種規(guī)格，具體見圖1。圖1a為采用小試驗(yàn)片進(jìn)行單點(diǎn)點(diǎn)焊試驗(yàn)，圖1b為采用大試驗(yàn)片進(jìn)行多點(diǎn)點(diǎn)焊試驗(yàn)后再切割成單點(diǎn)點(diǎn)焊試驗(yàn)片的規(guī)格。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，多點(diǎn)試驗(yàn)片能夠更好地模擬實(shí)際生產(chǎn)中存在的點(diǎn)焊分流、焊接變形、裝配間隙等影響點(diǎn)焊質(zhì)量的因素，故選取圖1中的多點(diǎn)試驗(yàn)片進(jìn)行點(diǎn)焊并開展相應(yīng)試驗(yàn)。

2.2 設(shè)計(jì)許用認(rèn)證法需要進(jìn)行的試驗(yàn)

設(shè)計(jì)許用認(rèn)證法需要點(diǎn)焊180個(gè)點(diǎn)焊試驗(yàn)片，然后全部進(jìn)行拉伸試驗(yàn)并記錄拉伸值，要求最小拉伸值需大于圖紙上明確的拉伸值，此處默認(rèn)拉伸值為標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證法中相應(yīng)板厚的拉伸值。

日本標(biāo)準(zhǔn)JIS E4048標(biāo)準(zhǔn)中無此相關(guān)內(nèi)容，無可對(duì)比性。長客使用的EN15085-3和EN ISO15614-12標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行工藝評(píng)定認(rèn)證工作需要進(jìn)行2個(gè)金相試樣和11個(gè)拉伸試樣。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知，在金相試樣滿足標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，拉伸試樣基本能夠合格，所以此標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證方法與美標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證法基本一致。針對(duì)金相數(shù)量來說，美標(biāo)稍微嚴(yán)于歐標(biāo)，同時(shí)歐標(biāo)沒有類似180點(diǎn)試驗(yàn)相關(guān)的認(rèn)證方法。

3 設(shè)備要求及驗(yàn)證試驗(yàn)

開展工藝驗(yàn)證試驗(yàn)前需要按照AWS D17.2標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)項(xiàng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)焊設(shè)備、拉伸設(shè)備、工裝夾具進(jìn)行確認(rèn)或維保，具體要求如下：

（1）點(diǎn)焊設(shè)備必須配有合適的電源、能夠充分冷卻電極的裝置，同時(shí)需要穩(wěn)定控制和顯示焊接電流、焊接壓力和焊接時(shí)長的裝置。焊接前焊接壓力和焊接電流不能作業(yè)，焊接時(shí)需要穩(wěn)定一致直至點(diǎn)焊工作結(jié)束。

（2）拉伸試驗(yàn)機(jī)的精度應(yīng)該控制在指示讀數(shù)的±2%以內(nèi)，同時(shí)最大拉伸速度不應(yīng)超過13 mm/min，不滿足此標(biāo)準(zhǔn)的拉伸試驗(yàn)機(jī)不允許使用。

（3）工裝夾具在設(shè)計(jì)制造時(shí)要充分考慮焊接電流分流的問題，保證焊接電流通過點(diǎn)焊料件完成點(diǎn)焊工作。

（4）所有涉及到點(diǎn)焊的設(shè)備均需定期進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，同時(shí)需要保存相應(yīng)的維護(hù)保養(yǎng)記錄待查。

在所有設(shè)備滿足以上要求時(shí)，才能開展點(diǎn)焊設(shè)備驗(yàn)證工作，具體如下：

（1）點(diǎn)焊設(shè)備驗(yàn)證試驗(yàn)種類及數(shù)量。針對(duì)直接參與生產(chǎn)過程的點(diǎn)焊設(shè)備，AWS D17.2標(biāo)準(zhǔn)中明確了具體的設(shè)備驗(yàn)證需要進(jìn)行5個(gè)金相試樣和100個(gè)拉伸試驗(yàn)，具體的試驗(yàn)種類及數(shù)量具體如表2所示。

（2）點(diǎn)焊設(shè)備驗(yàn)證檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

點(diǎn)焊設(shè)備驗(yàn)證試驗(yàn)片的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)與文中標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證法的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)完全一致，同樣需要進(jìn)行目視驗(yàn)收、金相驗(yàn)收和力學(xué)性能驗(yàn)收，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)不變。

（3）點(diǎn)焊設(shè)備工作范圍驗(yàn)證需求。

將點(diǎn)焊試驗(yàn)片組合形式的厚度視為點(diǎn)焊設(shè)備的工作范圍，需要對(duì)點(diǎn)焊設(shè)備實(shí)際工作范圍上限和下限進(jìn)行相應(yīng)的驗(yàn)證工作。如設(shè)備工作范圍上限和下限的試驗(yàn)全部合格，則證明能夠滿足此范圍內(nèi)的所有組合形式的點(diǎn)焊焊接工作。

日本標(biāo)準(zhǔn)JIS E4048標(biāo)準(zhǔn)中無此相關(guān)內(nèi)容，無可對(duì)比性。長客使用的EN15085-3和EN ISO15614-12標(biāo)準(zhǔn)并未明確提及點(diǎn)焊設(shè)備的驗(yàn)證工作。相比來說美標(biāo)需要進(jìn)行設(shè)備的驗(yàn)證工作，比歐標(biāo)要嚴(yán)謹(jǐn)很多。

4 驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

4.1 標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證法的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

點(diǎn)焊試驗(yàn)片驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)從目視檢驗(yàn)、金相檢驗(yàn)和力學(xué)性能檢驗(yàn)進(jìn)行了明確，具體要求如下：

（1）進(jìn)行目視檢驗(yàn)的試驗(yàn)片的可見區(qū)域必須光滑無裂紋，如有缺陷視為不合格。

（2）進(jìn)行金相檢驗(yàn)的試驗(yàn)片需保證焊核連續(xù)，如果不連續(xù)發(fā)生在自熔核邊緣的熔核半徑15%的范圍內(nèi)，或者不連續(xù)性延伸至外部薄板的部分超過焊縫薄板厚度25%，或者不連續(xù)性最大尺寸超過焊縫熔核直徑的15%時(shí)均視為不合格。

在金相檢驗(yàn)時(shí)需要檢測(cè)焊點(diǎn)的最大熔深和最小熔深，最小熔深示意如圖2所示。對(duì)于最大熔深，在任意形式的試驗(yàn)片組合中，外側(cè)試驗(yàn)片的熔深都不得超過試驗(yàn)片自身厚度的90%，否則視為不合格。對(duì)于最小熔深，在2個(gè)相同厚度的試驗(yàn)片組合中，每個(gè)試驗(yàn)片的熔深都需超過試驗(yàn)片厚度的0.2倍。如果是2個(gè)不同厚度的試驗(yàn)片組合，那么每個(gè)試驗(yàn)片的熔深需要超過較薄試驗(yàn)片厚度的0.2倍。在3個(gè)或3個(gè)以上的試驗(yàn)片組合中，外側(cè)試驗(yàn)片的熔深需要超過外側(cè)試驗(yàn)片中較薄試驗(yàn)片厚度的0.2倍。如不滿足以上要求均視為金相檢驗(yàn)不合格。

在金相檢驗(yàn)時(shí)還需要檢測(cè)焊核直徑，如果2個(gè)試驗(yàn)片形成組合中板厚不一致，那么根據(jù)組合中較薄試驗(yàn)片確定焊核最小直徑，在3層及3層以上試驗(yàn)片形成的組合中，以組合外側(cè)2個(gè)試驗(yàn)片中的較薄試驗(yàn)片來確定焊核最小直徑。AWS D17.2標(biāo)準(zhǔn)中明確了不同板厚試驗(yàn)片的最小焊核直徑，如檢測(cè)結(jié)果小于規(guī)定數(shù)值，則視為不合格。

AWS D17.2標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)力學(xué)性能不僅有最小值和平均值要求，對(duì)一致性也提出了要求。其中要求所有試驗(yàn)片的拉伸值均不低于標(biāo)準(zhǔn)中明確的最小拉伸值，同時(shí)要求所有試驗(yàn)片拉伸值的均值需要大于標(biāo)準(zhǔn)中明確的最小拉伸值。對(duì)于一致性方面，要求90%試驗(yàn)片的拉伸值在拉伸平均值的±10%以內(nèi)，同時(shí)超出平均值±10%的拉伸值不允許超過平均拉伸值的±20%。

4.2 設(shè)計(jì)許用認(rèn)證法的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

點(diǎn)焊試驗(yàn)片驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)從最小值、平準(zhǔn)值和一致性三方面進(jìn)行了要求。對(duì)于設(shè)計(jì)許用認(rèn)證法檢測(cè)的180個(gè)焊點(diǎn)的拉伸值，既要滿足所有試驗(yàn)片的拉伸值均需要超過圖紙中明確的最小拉伸值，還要記錄并計(jì)算180個(gè)焊點(diǎn)的平均拉伸值。最重要的是要求95%試驗(yàn)片的拉伸值稱必須大于平均值的0.875倍。

采用標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證法或者設(shè)計(jì)許用認(rèn)證法的試驗(yàn)片都需滿足相應(yīng)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，如存在不滿足現(xiàn)象需要經(jīng)調(diào)整焊接參數(shù)或其他方法處理后重新進(jìn)行試驗(yàn)并檢測(cè)直至合格。

通過對(duì)比，美標(biāo)需要對(duì)拉伸值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)拉伸值的最小值、平均值和一致性也有要求，較日標(biāo)和歐標(biāo)更為嚴(yán)謹(jǐn)。

5 生產(chǎn)期間周期性的檢驗(yàn)試驗(yàn)

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，AWS D17.2中明確了在每天開工前、每工作2 h后、更換電極后、完工后均需要進(jìn)行周期性試驗(yàn)。EN15085-3中僅明確需要根據(jù)焊接數(shù)量、焊接設(shè)備和焊接性能定期進(jìn)行試驗(yàn)，并未明確間隔時(shí)間。日本標(biāo)準(zhǔn)JIS E4048標(biāo)準(zhǔn)中無此相關(guān)內(nèi)容，無可對(duì)比性。

中車長春軌道客車股份有限公司按照以上步驟開展了點(diǎn)焊相關(guān)的工作，滿足了AWS D17.2航空航天用電阻焊接規(guī)范的相關(guān)要求。通過美標(biāo)與歐標(biāo)的對(duì)比，AWS D17.2航空航天用電阻焊接規(guī)范相對(duì)更為細(xì)致、嚴(yán)謹(jǐn)、全面，為在執(zhí)行歐洲點(diǎn)焊標(biāo)準(zhǔn)時(shí)提升焊接質(zhì)量提供了一條可以借鑒的途徑[9]。

6 結(jié)論

（1）從標(biāo)準(zhǔn)覆蓋面方面對(duì)比。JIS E 4048標(biāo)準(zhǔn)僅明確了焊點(diǎn)間距和到邊緣的距離，對(duì)于其他項(xiàng)點(diǎn)均未進(jìn)行要求。EN15085-3標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)JIS E 4048標(biāo)準(zhǔn)還明確了工藝評(píng)定實(shí)驗(yàn)要求、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)周期檢驗(yàn)。AWS D17.2標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)EN15085-3標(biāo)準(zhǔn)還明確了設(shè)備要求及驗(yàn)證方法。整體來說標(biāo)準(zhǔn)完整程度為AWS D17.2標(biāo)準(zhǔn)最高，EN15085-3標(biāo)準(zhǔn)次之，JIS E 4048標(biāo)準(zhǔn)最低。

（2）從拉伸值要求方面對(duì)比。JIS E 4048標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)和EN15085-3標(biāo)準(zhǔn)僅明確了最小拉伸值。AWS D17.2標(biāo)準(zhǔn)除此之外還明確要求平均值和一致性，不論是標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證法的涉及到的5個(gè)拉伸值，還是設(shè)計(jì)許用認(rèn)證法涉及到的180個(gè)拉伸值，還是設(shè)備驗(yàn)證涉及到的100個(gè)拉伸值，均對(duì)拉伸值的最小值、平均值和一致性進(jìn)行了要求。即AWS D17.2標(biāo)準(zhǔn)最高，EN15085-3標(biāo)準(zhǔn)和JIS E 4048標(biāo)準(zhǔn)次之。

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