不銹鋼點(diǎn)焊技術(shù)是是地鐵車輛、城市輕軌車輛、甚至高速動(dòng)車組的不銹鋼車體結(jié)構(gòu)大量金屬板構(gòu)件間的主要連接形式,這是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的不銹鋼點(diǎn)焊技術(shù)論文，僅供參考!

　　不銹鋼點(diǎn)焊技術(shù)論文篇一

　　不銹鋼車體點(diǎn)焊表面化學(xué)除黑工藝探討

　　摘要：文章對(duì)不銹鋼車體試制項(xiàng)目原有除黑工藝進(jìn)行介紹，重點(diǎn)描述原工藝方法造成的缺陷;利用實(shí)驗(yàn)手段對(duì)原工藝方法造成的缺陷進(jìn)行重現(xiàn)和分析，確定解決方案;對(duì)原有工藝進(jìn)行改進(jìn)，確定出一套完整的不銹鋼車體點(diǎn)焊表面化學(xué)除黑工藝規(guī)程。

　　關(guān)鍵詞：不銹鋼點(diǎn)焊;除黑工藝;不銹鋼車體點(diǎn)焊;表面化學(xué)

　　中圖分類號(hào)：U271 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374(2014)09-0047-02

　　上世紀(jì)60年代初，為了車輛的輕量化與免維修，日本對(duì)車輛結(jié)構(gòu)使用不銹鋼問(wèn)題進(jìn)行了研究分析。同時(shí)，研究了以點(diǎn)焊方法進(jìn)行不銹鋼結(jié)構(gòu)制造，于1962年完成了除底架的一部分(端底架)之外，其他結(jié)構(gòu)或外板等均采用不銹鋼制造的東急電鐵7000系，這就是當(dāng)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(jié)構(gòu)的無(wú)涂裝，但是這就對(duì)車體外板的表面狀態(tài)提出了要求。電阻點(diǎn)焊結(jié)束后會(huì)在不銹鋼外板表面造成黑色或淡黃色的氧化皮，嚴(yán)重影響車體美觀，同時(shí)由于氧化導(dǎo)致基材結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，焊點(diǎn)位置可能會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕，因此需要對(duì)不銹鋼外板表面焊點(diǎn)位置進(jìn)行除黑處理。

　　1 電化學(xué)除黑基本原理

　　焊點(diǎn)位置的氧化皮即過(guò)燒現(xiàn)象主要是由于焊接時(shí)間太長(zhǎng)、焊后冷卻時(shí)間過(guò)短造成的。過(guò)高的溫度導(dǎo)致在焊鉗電極與外墻板接觸位置發(fā)生氧化反應(yīng)，形成一層黑色或淡黃色的氧化皮。

　　電化學(xué)除黑主要是利用電解池原理分解氧化皮來(lái)達(dá)到除黑效果，同時(shí)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(shè)備介紹

　　由于電解池反應(yīng)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(jìn)行，所以在實(shí)際操作中需要通過(guò)設(shè)備來(lái)滿足這一要求。

　　現(xiàn)使用設(shè)備為進(jìn)口除黑機(jī)，該設(shè)備由除黑機(jī)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(shí)操作過(guò)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(jù)設(shè)備廠家培訓(xùn)內(nèi)容，以及驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)確定了最初的工藝方法。主要對(duì)設(shè)備使用方法與輸出電流強(qiáng)度進(jìn)行要求，其他方面沒(méi)有具體規(guī)范，處理效果一般。

　　3 原有工藝不足之處及改進(jìn)方法

　　3.1 原有工藝不足之處

　　在按照原有工藝對(duì)第一個(gè)端墻進(jìn)行除黑之后，發(fā)現(xiàn)除黑效果很不理想主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：(1)部分焊點(diǎn)位置出現(xiàn)與原氧化皮不同色澤的黑色印記，繼續(xù)重復(fù)除黑操作也無(wú)法清除;(2)部分焊點(diǎn)經(jīng)過(guò)除黑操作后出現(xiàn)過(guò)蝕現(xiàn)象，與周圍焊點(diǎn)色差較大，極不美觀;(3)焊點(diǎn)位置周圍出現(xiàn)大面積水印，反復(fù)清洗也無(wú)法清除;(4)整體清潔后將端墻板掛起遠(yuǎn)觀，墻板光澤度不佳。

　　3.2 缺陷分析及改進(jìn)方法

　　(1)布料的影響。經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)部分焊點(diǎn)位置出現(xiàn)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(guò)臟導(dǎo)致的。重復(fù)除黑操作無(wú)法清除，由于現(xiàn)階段缺少實(shí)驗(yàn)設(shè)備，無(wú)法確定該黑色印記的組成以及表層是否還有其他膜，對(duì)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(jī)械拉絲板，整體紋路一致，打磨后影響外觀效果，因此目前對(duì)于該缺陷，最好的處理手段為經(jīng)常更換裹電極頭的布料，杜絕此缺陷的出現(xiàn)。

　　原電池反應(yīng)需要在電解液環(huán)境中進(jìn)行。除黑操作中的棉布就是電解液的載體，電解液過(guò)少導(dǎo)致被清除下來(lái)的氧化皮沒(méi)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(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，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(shí)要求經(jīng)常觀察布料污染情況，布料表面完全變黑后進(jìn)行更換。

　　實(shí)驗(yàn)證明，通過(guò)這種方式可以有效杜絕黑色印記的出現(xiàn)。

　　(2)電流的影響。按照設(shè)備廠家的建議，在輸出電流為7的情況下進(jìn)行除黑作業(yè)，顏色較深的焊點(diǎn)位置清除效果比較理想，但是顏色較淺的部位清除結(jié)束后出現(xiàn)由于過(guò)蝕導(dǎo)致的焊點(diǎn)位置發(fā)白的現(xiàn)象，與周圍焊點(diǎn)色差較大，極不美觀。同時(shí)原操作方法中對(duì)電極棒與墻板的接觸時(shí)間沒(méi)有做具體規(guī)定，這也是造成這一現(xiàn)象的原因之一。

　　在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，將電流的輸出強(qiáng)度調(diào)節(jié)為5，同時(shí)控制電極棒與墻板的接觸時(shí)間在2秒以內(nèi)。

　　實(shí)驗(yàn)證明，降低后的電流強(qiáng)度對(duì)除黑效果沒(méi)有影響，同時(shí)不再出現(xiàn)過(guò)蝕現(xiàn)象。

　　(3)清洗液使用方法的影響。在原操作過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)起初幾個(gè)點(diǎn)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(shí)間過(guò)長(zhǎng)又會(huì)出現(xiàn)過(guò)蝕現(xiàn)象，因此在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)于清洗液的使用方法進(jìn)行著重研究。

　　在除黑作業(yè)中，由于通電，在操作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的情況下電極棒會(huì)發(fā)熱，造成布料上蘸取的清洗液蒸發(fā)過(guò)快，嚴(yán)重影響除黑效果。因此在實(shí)驗(yàn)中嘗試讓電極棒充分蘸取清洗液，然后進(jìn)行除黑，除黑效果顯著，但是由于清洗液蘸取過(guò)多，在墻板上接觸面積過(guò)大，造成除黑后焊點(diǎn)周圍有明顯水印，與周圍墻板色差過(guò)大，極不美觀。

　　因此，最終調(diào)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(rùn)棉布，然后在燒杯壁瀝干至不再滴水;對(duì)于一次清潔不徹底的焊點(diǎn)可以在重新蘸取清洗液后進(jìn)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(huì)嚴(yán)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(guò)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(gè)平衡點(diǎn)，經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，最終確定了中和液：水=1：4的稀釋比例;同時(shí)為了便于對(duì)殘留中和液進(jìn)行清潔，在操作過(guò)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(wú)紡布清潔殘留的清洗液，然后用蘸取清水的無(wú)紡布擦掉殘留的中和液;在整個(gè)墻板除黑操作結(jié)束后再用清水整體清潔墻板。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　在通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法對(duì)缺陷進(jìn)行分析后，最終確定出一套完整的除黑工藝。新的工藝中對(duì)電流強(qiáng)度、棉布用法、清洗液以及中和液的用法進(jìn)行了重新規(guī)定。

　　按照新版工藝方法處理后的墻板整體光澤度良好，焊點(diǎn)位置無(wú)過(guò)蝕、水印、無(wú)法去除的黑色印記等缺陷，滿足對(duì)除黑效果的要求。

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　　作者簡(jiǎn)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

　　不銹鋼點(diǎn)焊技術(shù)論文篇二

　　不銹鋼點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)車體FEA建模方法

　　摘　要:針對(duì)不銹鋼車體點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)的“點(diǎn)傳力”特性,提出了位移主-從約束關(guān)系建模思想,并通過(guò)數(shù)值試驗(yàn)驗(yàn)證了采用位移主-從約束關(guān)系來(lái)模擬焊核比現(xiàn)有其它的模擬 方法 具有更高的精度.以城市輕軌動(dòng)車組不銹鋼點(diǎn)焊車體為 應(yīng)用 對(duì)象,基于位移主-從約束關(guān)系建立了該車車體的有限元模型, 計(jì)算 結(jié)果與試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果基本一致,證明了模型的正確性,為今后該類車型的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)打下了良好的技術(shù)基礎(chǔ).

　　關(guān)鍵詞:FEA,位移耦合,點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)

　　點(diǎn)焊是地鐵車輛、城市輕軌車輛、甚至高速動(dòng)車組的不銹鋼車體結(jié)構(gòu)大量金屬板構(gòu)件間的主要連接形式,分布于車身各部位,數(shù)量達(dá)上萬(wàn)個(gè).點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)主要特點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕.同時(shí),它的制造工藝比較復(fù)雜,技術(shù)要求高,因此,盡管點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)車輛在國(guó)外已經(jīng)獲得了廣泛應(yīng)用,在國(guó)內(nèi)則剛剛開(kāi)始研制[1-2].如何把握點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性,建立高精度的車體FEA計(jì)算模型已成為不銹鋼點(diǎn)焊車研制過(guò)程中計(jì)算人員極為關(guān)注的 問(wèn)題 .

　　當(dāng)前點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)常采用實(shí)體單元、梁?jiǎn)卧?、剛性單元和?從關(guān)系(即位移耦合)來(lái)模擬焊核[3-4].從 理論 上說(shuō),點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)用適當(dāng)高度的塊體元模擬時(shí),則可獲得較高的精度,但對(duì)于大量均布、密集排列的焊點(diǎn)的不銹鋼車體結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)這將導(dǎo)致單元/結(jié)點(diǎn)數(shù)量急劇增加而不可行,因此,必須抓住不銹鋼點(diǎn)焊車傳力的主要特征創(chuàng)建FEA模型.

　　與車輛結(jié)構(gòu)尺寸相比,點(diǎn)焊焊核自身的尺寸可以忽略不計(jì),在有限元模型中,可以將它們視為僅是整體坐標(biāo)系下的一個(gè)“點(diǎn)”,在外載荷作用下,結(jié)構(gòu)依靠這些“點(diǎn)”傳遞內(nèi)力,這類結(jié)構(gòu)可稱為“點(diǎn)傳力結(jié)構(gòu)”.基于位移主-從控制關(guān)系原理[5],本文認(rèn)為對(duì)于不銹鋼點(diǎn)焊車體這類典型的“點(diǎn)傳力結(jié)構(gòu)”,用位移的主-從約束關(guān)系來(lái)模擬焊核(即等價(jià)于在計(jì)算模型中被焊接連接的兩點(diǎn)之間位移完全一致)是更為合理的,并通過(guò)數(shù)值試驗(yàn)證明了主-從約束關(guān)系比其它建模方法具有更高的精度.基于位移主-從約束關(guān)系建立了城市輕軌動(dòng)車組不銹鋼點(diǎn)焊車體的FEA模型,根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加載計(jì)算,通過(guò)與物理試驗(yàn)的比較,驗(yàn)證了計(jì)算模型的合理性和有效性.

　　1 主-從控制關(guān)系的正則方程

　　主-從關(guān)系(位移耦合),指的是當(dāng)一個(gè)結(jié)點(diǎn)被定義為另一個(gè)結(jié)點(diǎn)的從結(jié)點(diǎn)后,該從結(jié)點(diǎn)就失去了位移的獨(dú)立性,它的位移只能且必須從屬于主結(jié)點(diǎn).主結(jié)點(diǎn)上的位移處理為獨(dú)立位移,從結(jié)點(diǎn)上的位移為相關(guān)位移.

　　在應(yīng)用最小總勢(shì)能原理求基于位移法的結(jié)構(gòu)正則方程時(shí),相關(guān)位移對(duì)總勢(shì)能的貢獻(xiàn)是通過(guò)與之有關(guān)的獨(dú)立位移和指定位移表達(dá)的.結(jié)構(gòu)的總勢(shì)能為

　　2 各種方法對(duì)比 分析

　　本文提出用位移主—從約束關(guān)系描寫(xiě)不銹鋼點(diǎn)焊車體的點(diǎn)焊?jìng)髁?這意味著模型中的每一點(diǎn)焊的焊核均被凝聚成一點(diǎn),那么,這種簡(jiǎn)化與其它建模方法相比精度到底多高?以下用實(shí)體單元、梁?jiǎn)卧?、剛性單元和?從關(guān)系(即位移耦合)為點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)建模來(lái)討論各種方法的精確性.

　　假設(shè)薄板A與B用點(diǎn)焊方式焊接,其厚度分別為t1與t2,t1薄板右端均勻作用有F噸拉力,t2薄板左端被約束住.焊核為三維橢球,其最大剖面的直徑為d.在各方法的計(jì)算模型中,板的中心為焊點(diǎn)位置,也為坐標(biāo)原點(diǎn),梁?jiǎn)卧奈锢韺傩匀Q于板材,單元直徑為d,單元長(zhǎng)度為(t1+t2)/2;剛性單元,無(wú)物理屬性,單元長(zhǎng)度為(t1+t2)/2;實(shí)體單元物理屬性取決于板材,單元尺寸取決于t1,t2;位移主-從約束不需要定義材料屬性,只需指定六個(gè)自由度之間位移主-從約束關(guān)系.

　　以實(shí)體元計(jì)算結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn),t1薄板上載荷方向的應(yīng)力誤差比列入附表.表中方法1為采用梁?jiǎn)卧?方法2為采用剛性單元;方法3為采用位移耦合.表中位置點(diǎn)1至點(diǎn)8依次為t1薄板上過(guò)原點(diǎn)與載荷方向一致的坐標(biāo)軸上等距離的點(diǎn);位置點(diǎn)9至點(diǎn)16依次為t1薄板上過(guò)原點(diǎn)與載荷方向垂直的坐標(biāo)軸上等距離的點(diǎn).表中應(yīng)力誤差比的定義為(σ-σ0)/σ0,其中σ0為實(shí)體元計(jì)算結(jié)果.由附表可以看出:位移主—從約束建模方法的誤差較小,剛性單元和梁元的較大.

　　實(shí)體單元和位移耦合的兩個(gè)模型沿外載荷方向的應(yīng)力值比較如圖1所示.結(jié)果表明:兩種模型高應(yīng)力區(qū)域一致;焊核附近,位移耦合模型的應(yīng)力值要大于實(shí)體單元模型的,稍離開(kāi)焊核,兩種模型應(yīng)力值幾乎相同.

　　3 工程驗(yàn)證

　　城市輕軌動(dòng)車組不銹鋼點(diǎn)焊車體是典型的點(diǎn)傳力結(jié)構(gòu),全部采用高強(qiáng)度車輛專用的冷彎或軋壓工藝制造的不銹鋼型材.除車頂、地板的波紋板之間的連接采用縫焊,其余板與梁、柱及部件與部件之間的連接均采用接觸點(diǎn)焊.由于板薄,板與板、板與梁(柱)和柱與柱之間只能采用搭接接頭,除2層、3層搭接外,最多還有5層板搭接.該不銹鋼車體大約有4萬(wàn)個(gè)焊點(diǎn),該車典型的焊接示意圖如圖2所示.

　　不銹鋼點(diǎn)焊車體在承受外載后,載荷通過(guò)數(shù)萬(wàn)焊點(diǎn)將力傳遞到車體各部,并由此產(chǎn)生車體各處的變形與應(yīng)力,這一特點(diǎn),在建模時(shí)必須真實(shí)體現(xiàn),否則, 計(jì)算 模型將會(huì)失真,并將導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果失真.假定車體構(gòu)件的每一“點(diǎn)對(duì)”之間,一旦形成點(diǎn)焊,盡管這一點(diǎn)焊事實(shí)上占有一很小的面積,但相對(duì)車體構(gòu)件尺寸而言,有理由視這兩點(diǎn)被“焊成一點(diǎn)”,因此,在變形的過(guò)程中,點(diǎn)焊可以用位移主—從關(guān)系來(lái)描述.

　　城市輕軌動(dòng)車組不銹鋼點(diǎn)焊車體有限元建模的關(guān)鍵 問(wèn)題 是每一個(gè)焊點(diǎn)位置處必須要有結(jié)點(diǎn)生成.因此,在I-DEAS軟件(10.0)中創(chuàng)建真實(shí)地反映不銹鋼車體構(gòu)件之間的相互關(guān)系的、用于劃分有限元網(wǎng)格的三維幾何時(shí),根據(jù)點(diǎn)焊位置,要一一創(chuàng)建“錨點(diǎn)”[6],因?yàn)?ldquo;錨點(diǎn)”一經(jīng)生成,在隨后的單元網(wǎng)格生成過(guò)程中,“錨點(diǎn)”將自動(dòng)轉(zhuǎn)化為單元的結(jié)點(diǎn),這樣就為點(diǎn)焊的“點(diǎn)對(duì)”準(zhǔn)確位置的確定創(chuàng)造了條件.不銹鋼點(diǎn)焊車體四分之一的局部放大網(wǎng)格如圖3所示.四分之一模型的求解規(guī)模為:單元總數(shù)132309;節(jié)點(diǎn)總數(shù)134659;焊點(diǎn)數(shù)8824.

　　依據(jù) 文獻(xiàn) [7]進(jìn)行加載計(jì)算,垂直總靜載荷工況作用下車體和部件的Von.Mises應(yīng)力云圖如圖4所示.該車FEA計(jì)算結(jié)果與強(qiáng)度試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果[8]的對(duì)比如圖5所示,由圖5可以看出兩者基本一致,因此,該計(jì)算模型質(zhì)量很高.

　　事實(shí)上,正是由于該性能仿真模型的高可靠性,設(shè)計(jì)人員才有可能進(jìn)行一次又一次的方案對(duì)比.而相對(duì)最優(yōu)方案也正是在這種一次又一次對(duì)比中逐步形成的,其重要意義不言而喻.

　　5 結(jié)　語(yǔ)

　　FEA的置信度關(guān)鍵在于計(jì)算模型的質(zhì)量,而創(chuàng)建一個(gè)計(jì)算模型的必備條件是計(jì)算機(jī)、仿真軟件和使用者.事實(shí)上,功能再好的仿真軟件,速度再快的計(jì)算機(jī),也只能輔助建模者提高建模的效率而不提供建模的原則與技巧,計(jì)算模型的質(zhì)量主要還是取決于使用者的 理論 素養(yǎng)和建模經(jīng)驗(yàn).只有具有良好的理論素養(yǎng)和厚實(shí)的建模經(jīng)驗(yàn)才能夠很好地消化吸收仿真軟件中的精髓,并將其融化在仿真模型的建立過(guò)程之中,使仿真模型合理和 科學(xué) .

　　本文基于位移主-從約束關(guān)系(位移耦合)原理模擬不銹鋼點(diǎn)焊車體的點(diǎn)焊,并利用I-DEAS仿真軟件高級(jí)建模功能,建立了城市輕軌動(dòng)車組不銹鋼點(diǎn)焊車體的FEA模型.通過(guò)FEA計(jì)算結(jié)果與物理試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比,證明本文的建模思想 方法 是切實(shí)可行的.

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