PVC 地板布自动焊接预热工艺研究

王荣源 王 睿 葛向阳 辛华团

（中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东 青岛266111）

1 概述

城轨地铁客车PVC 地板布多幅拼装，中间留有缝隙需焊接密封[1,2]。焊接过程中，对自动焊接机的温度稳定性要求精细，目前未验证自动焊接机的合理预热时间，未验证不同批次自动焊接机的温度控制精度的一致性，导致焊接质量存在偶然性。焊接方法采用热风焊[3]，热风口温度是影响焊接质量的重要因素，温度影响焊接过程聚合物高分子熔融的程度、官能团反应速度、分子链相互缠绕的均匀性[4]，温度过低，可能导致界面交融不完全，焊缝开裂[5,6]；温度过高，可能导致边缘烫焦；温度起伏是产生应力集中的重要原因。因此，验证自动焊接机预热后的温度控制精度，维持自动焊接机运行过程中温度的稳定性具有重要意义。本文通过验证自动焊接机随时间变化的温度曲线，并进行整车长距离模拟试验，明确了自动焊接机温度档位和产品批次的稳定温度、温度精度的差异性，为保持稳定的焊接温度和焊接质量提供重要数据支撑。

2 实验方法

通过手持式测温枪测试自动焊接机的热风口温度测试，采用对比试验，分别对比不同批次（批次A、批次B）的自动焊接机的温度曲线、对比不同档位下（2 级/4 档、3 级/4 档、2 级/5档、3 级/5 档、2 级/5.5 档、3 级/5.5 档）的温度变化曲线、对比随时间变化（1～10min）的温度曲线，以此判断自动焊接机运行过程中的实际温度变化，并记录现场环境中温度和湿度。

3 实验结果与分析

3.1 不同档位随时间变化的温度曲线

选取风量档位（2、3 级）和温度档位（4、5、5.5）排列组合，研究自动焊接机预热不同时间的温度变化。由图1 可知，随着温度档位升高，其预热初始温度和预热后稳定温度均逐步升高，当预热时间超过3 分钟后，各档位温度基本达到稳定温度，呈稳态直线状，因此选取4-10 分钟的实际温度的平均值作为稳定温度，且当风量为2 级或3 级时，其预热温度差异并不明显，热风口温度随时间变化曲线基本相同。比较其预热后的稳定温度及标准差判断其稳定性，如图2 所示，图中误差棒为温度的标准差，当温度档位越高，标准差越大，温度稳定性越低，自动焊接机的温度控制精度有待进一步提高。

图1 不同档位随时间变化的温度曲线图

图2 不同档位稳定温度及标准差图

3.2 不同批次温度对比

实际应用过程中，发现不同批次的自动焊接机温度控制精度存在差异性，由于PVC 地板布焊接质量对工艺参数的控制较为严格，温度精度的差异性将会对焊接质量产生较大偶发性，因此研究了不同批次的自动焊接机热风口温度随时间变化的曲线。

如表1 所示，与批次A 不同的是，批次B 的风量等级对热风口温度产生了影响，相同档位下，风量越高，其初始温度越高，但稳定温度差异性较小。对比发现，当温度档位为4 档时，批次A 的初始温度和稳定温度均高于批次B，且批次A 标准差更小，表明批次A 的4 档位温度更高且精度控制更为稳定。但随着温度档位升高，尤其当温度档位为5.5 时，批次B 的温度标准差更小，见图3，表明批次B 对高温度档位的温度控制更为精确，这种差异性的发现有利于在实际使用过程中选择合适的工艺档位。

表1 不同批次的预热温度及标准差对比表

图3 不同批次的预热温度及标准差对比图

3.3 某一温度现车稳定性测试

选取风量3 档、温度4 档的组合进行整车长距离焊接模拟试验，环境温湿度符合试验要求。预热3 分钟后，每隔20s 测量一次温度，连续测量3 次，若数据上下浮动不超过5℃视为达到稳定温度，即可开始长距离试验，期间每运行50cm，检测一次焊接机热风口温度，运行，运行整车长度距离，取得20 项数据，绘制雷达图判断温度稳定性。

如图4 所示，在整车长距离试验中，预热后起始的稳定温度为217℃，实际运行温度基本处于217±5℃区间，符合工艺要求。稳定的运行温度有利于焊条及母材表面分子在熔融过程中保持较稳定的扩散速度，形成均匀的分子结构，降低分子曲线或者由于温差造成的析出物夹杂[7]，有利于内部空间的致密性，增强熔合面的内聚力，提高抗拉强度。

图4 整车长距离模拟试验温度变化曲线

4 结论

4.1 当预热时间超过3 分钟后，各档位温度基本达到稳定温度，呈稳态直线状，因此施工过程中可规定预热3 分钟后，每隔20s 测量一次温度，连续测量3 次，若数据上下浮动不超过5℃视为达到稳定温度。

4.2 对比发现，批次A 的低温度档位的温度控制更为稳定，批次B 对高温度档位的温度控制更为精确，有利于在实际使用过程中选择合适的工艺档位，同时需要对自动焊接机的温控精度的统一性提出更高要求。

4.3 自动焊接机在长距离温度试验中可保持较稳定的温度区间，只需多次测温，无需认为调整温度，可大幅降低焊接质量的偶然性，利于消除温差造成的应力集中，增强熔合面的内聚力，提高焊缝抗拉强度的稳定性。