轨道客车不锈钢车体焊接工艺研究

史绍贤

摘 要:本文对轨道客车不锈钢车体的焊接生产过程进行了深入而细致的研究,选择了先进合理的、成熟可靠的轨道客车不锈钢车体焊接工艺,确定了焊接生产工艺设备,形成了系统的认识,用于指导生产实践可形成轨道客车不锈钢车体焊接生产线,对轨道客车制造企业具有一定指导意义。

关键词:轨道客车不锈钢车体焊接工艺

中图分类号:P755.1 文献标识码:Ａ 文章编号:1674-098X(2012)05(c)-0073-01

1 前言

在我国,轨道客车按车体材质主要分为碳钢车、铝合金车和不锈钢车。我国于1987年开始在普通铁路客车上使用不锈钢材料,主要用于外墙板及易腐蚀的梁柱。1996年与韩国韩进公司合作,开发出了点焊结构的不锈钢车体。但真正意义上的轻量化不锈钢车体的制造,始于2003年制造完成的北京城轨轻量化不锈钢样车、天津滨海线轻轨快速不锈钢客车。由于不锈钢客车与普通碳钢客车相比具有重量轻、使用寿命长、制造组装工艺简单、无须涂漆、免维修等优点,与铝合金客车相比具有疲劳寿命长、更具耐磨性、损伤后易于修复、且成本低廉的优点,所以不锈钢客车在我国轨道客车发展中将有广阔的前景。轨道客车不锈钢车体的焊接生产技术是轨道客车制造的基础,这将推进不锈钢材质轨道客车车体焊接技术的研究和发展。现阶段我国的轨道客车不锈钢车体主要采用点焊工艺,个别企业已经开始采用弧焊工艺和激光焊工艺。

2 不锈钢车体的特点和分类

轨道客车不锈钢车体主要由底架、侧墙、车顶、端墙和裙板等部分组成,车体钢结构采用全焊接型钢和板梁结构。不锈钢车体中车顶板和地板等采用不锈钢薄板,一般厚度为1.0～1.8mm,为增加刚度,这些薄板一般被滚轧成波纹板。此外,车体中的梁柱普遍为冷压或冷弯型材,为增加刚度,这些型材断面进行了专门设计。不锈钢材料线膨胀系数较大,焊接过程产生的变形大,焊接过程易造成晶间腐蚀及热裂纹,导致机械性能的降低,因此对焊接工艺的要求高。不锈钢车体骨架与骨架、骨架与墙板之间的连接方式多为搭接结构,为减小焊接变形和防止高温下不锈钢材料机械性能下降,车体制造中大量采用点焊技术。不锈钢点焊时由于电阻率较高、导热性较差,与低碳钢相比可采用较小的焊接电流和较短的焊接时间,由于不锈钢有较高的高温强度,因此焊接时的电极压力较大。轨道客车不锈钢车体主要采用301L和304冷轧板(其中301L用量占70%),材料和等级分别是301L—LT、301L—DLT、301L—ST、301L—MT、301L—HT和304,要求301L的含碳量<0.03%。

轨道客车不锈钢车体分成铁路客车车体和城轨地铁车体两类。

3 不锈钢车体制造工艺和设备

3.1 铁路客车不锈钢车体制造工艺

当前,我国大批量生产的铁路客车不锈钢车体主要采用在骨架的外面覆上不锈钢薄板的板梁结构型式,耐腐蚀性能好,结构形式简单。车体由底架、侧墙、车顶、端墙组成,焊接工艺以点焊为主。除摇枕、前端构造和缓冲梁采用碳钢制造外,其余为不锈钢制造。车体无气密性要求。

铁路客车不锈钢车体的侧墙、车顶、底架、端墙主要采用点焊机器人蒙皮焊接的工艺,在蒙皮之前采用手动点焊机完成部件骨架的组对工作。点焊机器人平均8s完成一点的焊接,设备采用龙门移动式,可根据产能选择轨道长度。侧墙在点焊机器人工位完成作业后需继续安装小件和补焊未焊到的焊点,需单独的工作台位和设备。车体总组成焊接时采用成套的总组成焊机完成。大部件和车体采用火焰矫正技术进行调修。车体或车顶根据设计要求进行淋雨试验。

3.2 城轨客车不锈钢车体制造工艺

城轨不锈钢车体的制造工艺与铁路客车不锈钢车体的制造工艺主要不同点在于侧墙和端墙,城轨客车的侧墙采用分段制造,然后再组合成完整的侧墙,而铁路客车的侧墙则一次组对完成,而且焊接工艺有所不同。城轨不锈钢车体的侧墙蒙皮和端墙蒙皮采用侧墙单元蒙皮自动点焊机完成。城轨客车不锈钢车体也主要由底架、侧墙、车顶、端墙等部分组成,其中,底架中的牵引梁、枕梁、缓冲梁采用碳钢制造。该类车具有结构合理、强度和刚度好、轻量化水平高、制造工艺简单等优点。

底架边梁是车体底架组成部件,主要采用底架边梁点焊机完成该工序,该设备同时可用于横梁等连接件的点焊。城轨客车不锈钢底架采用骨架铺地板的结构形式,采用底架骨架自动点焊机完成底架骨架的焊接工序。城轨客车不锈钢车顶采用骨架铺顶板的结构形式,采用车顶骨架自动点焊机完成车顶骨架的焊接工序。城轨客车不锈钢侧墙采用单元结构形式,采用侧墙骨架龙门自动点焊机完成单元侧墙骨架的焊接工序。采用大部件蒙皮点焊机器人完成城轨客车不锈钢车体侧墙、车顶、底架大部件的蒙皮焊接,该设备与铁路客车不锈钢车体选用的点焊机器人规格不同。采用侧墙蒙皮自动点焊机完成城轨客车侧墙蒙皮的焊接。为保证城轨客车不锈钢车体的组装精度,提高效率和速度,一般选用车体总成自动点焊系统来完成车体的总组装。车体总成自动点焊系统是一组成套设备,主要包括端部点焊设备、车顶与侧墙组合点焊设备、底架与侧墙点焊设备。

4 结语

本文对轨道客车不锈钢车体的焊接生产过程进行了深入而细致的研究,形成了系统的认识,可用于指导实际生产,建设轨道客车不锈钢车体生产线。

当前,世界范围内轨道客车不锈钢车体的批量生产工艺主要采用电阻点焊,其它焊接工艺还有缝焊、激光焊、MIG焊、TIG焊、微束等离子弧焊和手工电弧焊等。在国外,轨道客车制造企业已经制造出了主要采用激光焊工艺的不锈钢车体。从技术角度分析,微束等离子弧焊和激光焊接将是不锈钢车体制造技术的重要发展方向和趋势,我国相关研究单位、设计单位和企业应该积极跟踪前沿技术,进行先期研究,为企业的发展提供理论指导。

5 致谢

本文在写作过程中得到了我院孙佩明、郭怀金教授级高级工程师和工业分院员工的全力支持,特别向他们表示致谢。

参考文献

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