PVC 地板布自動焊接預熱工藝研究

王榮源 王 睿 葛向陽 辛華團

（中車青島四方機車車輛股份有限公司，山東 青島266111）

1 概述

城軌地鐵客車PVC 地板布多幅拼裝，中間留有縫隙需焊接密封[1,2]。焊接過程中，對自動焊接機的溫度穩定性要求精細，目前未驗證自動焊接機的合理預熱時間，未驗證不同批次自動焊接機的溫度控制精度的一致性，導致焊接質量存在偶然性。焊接方法采用熱風焊[3]，熱風口溫度是影響焊接質量的重要因素，溫度影響焊接過程聚合物高分子熔融的程度、官能團反應速度、分子鏈相互纏繞的均勻性[4]，溫度過低，可能導致界面交融不完全，焊縫開裂[5,6]；溫度過高，可能導致邊緣燙焦；溫度起伏是產生應力集中的重要原因。因此，驗證自動焊接機預熱后的溫度控制精度，維持自動焊接機運行過程中溫度的穩定性具有重要意義。本文通過驗證自動焊接機隨時間變化的溫度曲線，并進行整車長距離模擬試驗，明確了自動焊接機溫度檔位和產品批次的穩定溫度、溫度精度的差異性，為保持穩定的焊接溫度和焊接質量提供重要數據支撐。

2 實驗方法

通過手持式測溫槍測試自動焊接機的熱風口溫度測試，采用對比試驗，分別對比不同批次（批次A、批次B）的自動焊接機的溫度曲線、對比不同檔位下（2 級/4 檔、3 級/4 檔、2 級/5檔、3 級/5 檔、2 級/5.5 檔、3 級/5.5 檔）的溫度變化曲線、對比隨時間變化（1～10min）的溫度曲線，以此判斷自動焊接機運行過程中的實際溫度變化，并記錄現場環境中溫度和濕度。

3 實驗結果與分析

3.1 不同檔位隨時間變化的溫度曲線

選取風量檔位（2、3 級）和溫度檔位（4、5、5.5）排列組合，研究自動焊接機預熱不同時間的溫度變化。由圖1 可知，隨著溫度檔位升高，其預熱初始溫度和預熱后穩定溫度均逐步升高，當預熱時間超過3 分鐘后，各檔位溫度基本達到穩定溫度，呈穩態直線狀，因此選取4-10 分鐘的實際溫度的平均值作為穩定溫度，且當風量為2 級或3 級時，其預熱溫度差異并不明顯，熱風口溫度隨時間變化曲線基本相同。比較其預熱后的穩定溫度及標準差判斷其穩定性，如圖2 所示，圖中誤差棒為溫度的標準差，當溫度檔位越高，標準差越大，溫度穩定性越低，自動焊接機的溫度控制精度有待進一步提高。

圖1 不同檔位隨時間變化的溫度曲線圖

圖2 不同檔位穩定溫度及標準差圖

3.2 不同批次溫度對比

實際應用過程中，發現不同批次的自動焊接機溫度控制精度存在差異性，由于PVC 地板布焊接質量對工藝參數的控制較為嚴格，溫度精度的差異性將會對焊接質量產生較大偶發性，因此研究了不同批次的自動焊接機熱風口溫度隨時間變化的曲線。

如表1 所示，與批次A 不同的是，批次B 的風量等級對熱風口溫度產生了影響，相同檔位下，風量越高，其初始溫度越高，但穩定溫度差異性較小。對比發現，當溫度檔位為4 檔時，批次A 的初始溫度和穩定溫度均高于批次B，且批次A 標準差更小，表明批次A 的4 檔位溫度更高且精度控制更為穩定。但隨著溫度檔位升高，尤其當溫度檔位為5.5 時，批次B 的溫度標準差更小，見圖3，表明批次B 對高溫度檔位的溫度控制更為精確，這種差異性的發現有利于在實際使用過程中選擇合適的工藝檔位。

表1 不同批次的預熱溫度及標準差對比表

圖3 不同批次的預熱溫度及標準差對比圖

3.3 某一溫度現車穩定性測試

選取風量3 檔、溫度4 檔的組合進行整車長距離焊接模擬試驗，環境溫濕度符合試驗要求。預熱3 分鐘后，每隔20s 測量一次溫度，連續測量3 次，若數據上下浮動不超過5℃視為達到穩定溫度，即可開始長距離試驗，期間每運行50cm，檢測一次焊接機熱風口溫度，運行，運行整車長度距離，取得20 項數據，繪制雷達圖判斷溫度穩定性。

如圖4 所示，在整車長距離試驗中，預熱后起始的穩定溫度為217℃，實際運行溫度基本處于217±5℃區間，符合工藝要求。穩定的運行溫度有利于焊條及母材表面分子在熔融過程中保持較穩定的擴散速度，形成均勻的分子結構，降低分子曲線或者由于溫差造成的析出物夾雜[7]，有利于內部空間的致密性，增強熔合面的內聚力，提高抗拉強度。

圖4 整車長距離模擬試驗溫度變化曲線

4 結論

4.1 當預熱時間超過3 分鐘后，各檔位溫度基本達到穩定溫度，呈穩態直線狀，因此施工過程中可規定預熱3 分鐘后，每隔20s 測量一次溫度，連續測量3 次，若數據上下浮動不超過5℃視為達到穩定溫度。

4.2 對比發現，批次A 的低溫度檔位的溫度控制更為穩定，批次B 對高溫度檔位的溫度控制更為精確，有利于在實際使用過程中選擇合適的工藝檔位，同時需要對自動焊接機的溫控精度的統一性提出更高要求。

4.3 自動焊接機在長距離溫度試驗中可保持較穩定的溫度區間，只需多次測溫，無需認為調整溫度，可大幅降低焊接質量的偶然性，利于消除溫差造成的應力集中，增強熔合面的內聚力，提高焊縫抗拉強度的穩定性。