不銹鋼車體點焊表面化學除黑工藝探討

摘要：文章對不銹鋼車體試制項目原有除黑工藝進行介紹，重點描述原工藝方法造成的缺陷；利用實驗手段對原工藝方法造成的缺陷進行重現和分析，確定解決方案；對原有工藝進行改進，確定出一套完整的不銹鋼車體點焊表面化學除黑工藝規程。

關鍵詞：不銹鋼點焊；除黑工藝；不銹鋼車體點焊；表面化學

中圖分類號：U271 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）09-0047-02

上世紀60年代初，為了車輛的輕量化與免維修，日本對車輛結構使用不銹鋼問題進行了研究分析。同時，研究了以點焊方法進行不銹鋼結構制造，于1962年完成了除底架的一部分（端底架）之外，其他結構或外板等均采用不銹鋼制造的東急電鐵7000系，這就是當今稱為全不銹鋼車的首輛車。

不銹鋼車輛的特征有：免維修、輕量化與車體結構的無涂裝，但是這就對車體外板的表面狀態提出了要求。電阻點焊結束后會在不銹鋼外板表面造成黑色或淡黃色的氧化皮，嚴重影響車體美觀，同時由于氧化導致基材結構發生改變，焊點位置可能會發生電化學腐蝕，因此需要對不銹鋼外板表面焊點位置進行除黑處理。

1 電化學除黑基本原理

焊點位置的氧化皮即過燒現象主要是由于焊接時間太長、焊后冷卻時間過短造成的。過高的溫度導致在焊鉗電極與外墻板接觸位置發生氧化反應，形成一層黑色或淡黃色的氧化皮。

電化學除黑主要是利用電解池原理分解氧化皮來達到除黑效果，同時在表面形成一層鈍化膜，起到美觀、提升防腐性能的作用。

2 原有工藝介紹

2.1 設備介紹

由于電解池反應需要在通電形成閉合回路且有電解液存在的條件下才可進行，所以在實際操作中需要通過設備來滿足這一要求。

現使用設備為進口除黑機，該設備由除黑機主體、接地線、電源線、電極棒、棉布及可適用不同部位的電極頭組成，同時操作過程中，需要配合專用的清洗液和中和液使用。

2.2 原有工藝介紹

根據設備廠家培訓內容，以及驗證性實驗確定了最初的工藝方法。主要對設備使用方法與輸出電流強度進行要求，其他方面沒有具體規范，處理效果一般。

3 原有工藝不足之處及改進方法

3.1 原有工藝不足之處

在按照原有工藝對第一個端墻進行除黑之后，發現除黑效果很不理想主要表現在以下幾點：（1）部分焊點位置出現與原氧化皮不同色澤的黑色印記，繼續重復除黑操作也無法清除；（2）部分焊點經過除黑操作后出現過蝕現象，與周圍焊點色差較大，極不美觀；（3）焊點位置周圍出現大面積水印，反復清洗也無法清除；（4）整體清潔后將端墻板掛起遠觀，墻板光澤度不佳。

3.2 缺陷分析及改進方法

（1）布料的影響。經過反復實驗，發現部分焊點位置出現的與原氧化皮不同色澤的黑色印記是由于裹在電極頭上的布料過臟導致的。重復除黑操作無法清除，由于現階段缺少實驗設備，無法確定該黑色印記的組成以及表層是否還有其他膜，對于該缺陷，目前最有效的處理手段為物理打磨，但不銹鋼外墻板為機械拉絲板，整體紋路一致，打磨后影響外觀效果，因此目前對于該缺陷，最好的處理手段為經常更換裹電極頭的布料，杜絕此缺陷的出現。

原電池反應需要在電解液環境中進行。除黑操作中的棉布就是電解液的載體，電解液過少導致被清除下來的氧化皮沒有被完全分解而直接粘附在棉布表面，造成布料污染，棉布的吸水量是一定的。因此在不影響除黑效果的前提下嘗試多層布料充分蘸取清洗液，經過多次實驗，最終確定雙層布料既可以保存足夠量的清洗液又不影響除黑效果，同時要求經常觀察布料污染情況，布料表面完全變黑后進行更換。

實驗證明，通過這種方式可以有效杜絕黑色印記的出現。

（2）電流的影響。按照設備廠家的建議，在輸出電流為7的情況下進行除黑作業，顏色較深的焊點位置清除效果比較理想，但是顏色較淺的部位清除結束后出現由于過蝕導致的焊點位置發白的現象，與周圍焊點色差較大，極不美觀。同時原操作方法中對電極棒與墻板的接觸時間沒有做具體規定，這也是造成這一現象的原因之一。

在實驗過程中，將電流的輸出強度調節為5，同時控制電極棒與墻板的接觸時間在2秒以內。

實驗證明，降低后的電流強度對除黑效果沒有影響，同時不再出現過蝕現象。

（3）清洗液使用方法的影響。在原操作過程中，發現起初幾個點的除黑效果很不好，在電極棒與墻板接觸5秒以上才可完全去除氧化皮顏色，但接觸時間過長又會出現過蝕現象，因此在實驗過程中對于清洗液的使用方法進行著重研究。

在除黑作業中，由于通電，在操作時間過長的情況下電極棒會發熱，造成布料上蘸取的清洗液蒸發過快，嚴重影響除黑效果。因此在實驗中嘗試讓電極棒充分蘸取清洗液，然后進行除黑，除黑效果顯著，但是由于清洗液蘸取過多，在墻板上接觸面積過大，造成除黑后焊點周圍有明顯水印，與周圍墻板色差過大，極不美觀。

因此，最終調整操作方法為：將裹好布料的電極棒放入盛有清洗液的燒杯中充分浸潤棉布，然后在燒杯壁瀝干至不再滴水；對于一次清潔不徹底的焊點可以在重新蘸取清洗液后進行二次操作。

（4）中和液使用方法的影響。中和液的作用是清除殘留的清洗液。殘留中和液清潔不徹底會嚴重影響墻板的光澤度，原操作中使用的中和液為原液，由于濃度過高，造成殘留中和液清潔困難，因此需降低中和液

濃度。

為了在中和液的使用濃度和清洗效果上找到一個平衡點，經過多次實驗，最終確定了中和液：水=1：4的稀釋比例；同時為了便于對殘留中和液進行清潔，在操作過程中，在使用清洗液清洗后立即用蘸取稀釋后的中和液的無紡布清潔殘留的清洗液，然后用蘸取清水的無紡布擦掉殘留的中和液；在整個墻板除黑操作結束后再用清水整體清潔墻板。

4 結語

在通過實驗方法對缺陷進行分析后，最終確定出一套完整的除黑工藝。新的工藝中對電流強度、棉布用法、清洗液以及中和液的用法進行了重新規定。

按照新版工藝方法處理后的墻板整體光澤度良好，焊點位置無過蝕、水印、無法去除的黑色印記等缺陷，滿足對除黑效果的要求。

參考文獻

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作者簡介：韓鵬程，男，天津北車軌道裝備有限公司助理工程師，研究方向：軌道車輛涂裝體系與涂裝

方案。