不锈钢轨道车辆电阻点焊设备焊接性能检验技术研究

不锈钢轨道车辆电阻点焊设备焊接性能检验技术研究

张玉魁

辽宁省东港市

摘要：不锈钢材料以其高强度、高耐蚀性、美观等优良特性广泛应用于轨道交通领域，不锈钢车体强度高、重量轻、耐蚀性好、寿命长，商品化程度高，多采用无涂装的形式，契合绿色环保的发展理念，可大幅降低车辆运维成本，市场前景广阔。当前，不锈钢车体制造多采用电阻点焊辅以电弧焊的工艺方法，该方法存在密封性差、焊接变形大等工程应用局限。这些特性导致不锈钢车体主要应用在速度低于120km/h的城轨地铁领域。激光焊接是一种新兴的焊接技术，可有效弥补不锈钢车辆传统制造工艺的不足，已成为近年来轨道交通领域极具前景的焊接方法

关键词：不锈钢轨道车辆;电阻点焊设备;焊接性能;检验技术

引言：采用奥氏体高强度不锈钢作为轨道车辆的基本结构材料，既能保证车体强度要求，又可以用较薄的不锈钢板取代相同强度较厚的碳钢板，从而使整车重大幅降低。不锈钢车辆外表面基本不进行油漆涂装，仅在部分位置粘贴彩色贴膜。对车体钢结构外表面的弧焊工艺的焊缝成形对车辆美观性影响较大。电阻点焊外观呈均匀圆形印记，比较美观，得到业主的接受。

1轨道车辆高强奥氏体不锈钢材料的焊接性能

轨道车辆采用的高强度奥氏体不锈钢材料，具有良好的变形能力和抗腐蚀能力，其抗腐蚀能力是普通碳钢的100倍以上，并可通过形变硬化提高其材料的强度，经过冷轧加工后，其强度可成倍增长。在轨道车辆中，选用5种不同强度等级的SUS301L系列不锈钢，应用于车体不同部位，可实现对车辆强度的需求。该不锈钢材料的热传导性差，弧焊后焊接变形亦较大。特别是采用薄板的不锈钢车辆，弧焊的焊接变形控制难度相对更大;而电阻点焊采用的是大电极压力、大焊接电流、短焊接时间的焊接，焊接变形非常小，因此可将其应用在不锈钢材质车辆的焊接中。

2激光焊接技术原理和研发历程

2.1激光焊接技术原理

激光焊接技术是通过将高能量的激光束聚焦到待焊金属表面，从而使待焊金属熔化并形成牢固的焊点和焊缝的焊接技术，是一种可在激光光束移动过程中完成连续焊接的高效焊接方法。轨道车辆激光焊接主要采用深熔焊。深熔焊时，激光束可直接深入材料内部，因而能形成熔深熔宽之比较大的焊缝。

2.2不锈钢激光焊接技术特点

在轨道车辆制造中采用激光焊接技术的主要优点包括：①能量密度集中、焊接变形小，车辆外形美观，可大幅提高无涂装不锈钢车辆的视觉效果；②接头质量好、焊接效率高，可提高车辆的强度和刚度等性能指标；③容易实现连续焊接，可提高车辆的密封性，改善车辆乘坐的舒适性；④与传统制造工艺相比，生产效率可提升50%。激光焊接技术也存在一些技术难点，主要包括：①工件成型精度要求严苛；②组装难度大，装配一致性要求高；③焊接工艺窗口窄；④半熔透激光焊缝质量检测难。以上难点限制了激光焊接技术的推广和应用。

1.3轨道车辆激光焊接技术研发历程

国外知名轨道车辆制造企业（如川崎重工、西门子、庞巴迪等）在2005年已开始激光焊接技术开发。国内轨道车辆制造企业也在2007年开始采用激光焊接进行墙板和顶板拼接。激光焊接技术有效提高了车辆的平整度和外观效果，因此在双层不锈钢客车、不锈钢城轨地铁等多个轨道交通项目中获得推广。2016年3月，完成了国内首辆200km/h干线客车激光焊车体的研制，有效提高了不锈钢车辆密封性和舒适性等相关性能指标，该速度等级车辆的成功研制也拓展了不锈钢材料在轨道车辆产品中的应用范围，为激光焊接技术的进一步推广应用发挥了引领和示范作用。

2电阻点焊设备的焊接性能检验方法

2.1焊接前试件的准备要求

焊接前，将影响点焊设备焊接性能造成错误判断的外界因素均排除。对焊接试件的要求是:①选用材料是SUS301L系列的不锈钢;②材料的化学成分和机械性能符合JISE4049—1990《铁道车辆用不锈钢板焊接接头设计方法》的要求。所有搭接焊接位置的不锈钢材料的接触面位置以及与电极接触面位置均要擦拭干净，不能有锈和油脂等影响焊接导电的物质。采用酒精或丙酮进行擦拭。

2.2电阻点焊焊接性能检验分析使用

电阻点焊设备焊接试件的检验分为单件试件的焊接检验和焊接试件连续焊接检验两种。按照AF级的标准对单件试件的焊接进行检验。要求对焊接试样进行外观检测、断面试验检测、拉伸试验检测、凹痕深度检测试验等。

连续试件的焊接检验在单件焊接试样进行的外观检测、凹痕深度检测、剪切试验和金相试验均符合要求的前提下，对连续焊接试样进行焊接性能检测。连续焊接试样和单件焊接试样的焊接参数均相同，整个焊接过程焊接参数不能改变。特别要求连续焊接试样的焊接频率，不能高于点焊设备的设计点焊频率。原因是点焊设备在设计时，采用气缸加压方式为点焊电极施加压力，焊接频率过快，会导致空气压缩机不能及时为气缸补充压缩气体，使得电极作用在焊接过程中的压力不足，影响焊接性能。焊接检验不合格的焊接试样，将不能判断是设备问题还是焊接参数问题。

结束语：采用新安装或更新的焊接电源的电阻点焊设备完成其机械性能、电器性能、工艺性能检测合格后，需要对设备的焊接性能进行试样的焊接以及一系列检测。只有外观检测、宏观金相检测、拉伸剪切检测都合格的条件下，才可将设备应用于产品焊接中。

参考文献：

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2. 魏孔振.轨道车辆用301L不锈钢腐蚀与疲劳性能及组织结构的作用机制[D].兰州理工大学,2019.

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[5]程亚军,张春玉,谢素明.轨道车辆不锈钢车体焊点强度评估方法研究[J].大连交通大学学报,2018,39(02):43-47+78.