激光焊接技术助力城轨车辆升级换代——访中车首席技术专家，中车青岛四方机车股份有限公司高级主任工艺师韩晓辉

■ 本刊记者 张维官，王颖

扫码了解更多

随着我国城市规模的不断扩大，城市经济的快速发展和现代化水平的不断提高，轨道交通已成为我国各城市公共交通体系的最佳选择。而作为城市轨道交通中运送乘客的重要工具，车辆的数量、品种和质量、技术水平直接影响着城市轨道交通的发展规模和速度。因此各种先进的技术也在轨道交通车辆制造中得到了广泛应用。特别在焊接领域，先进的机器人弧焊技术、激光焊技术、搅拌摩擦焊技术等均已得到了广泛应用。

为了解激光焊技术在城轨车辆制造中应用的现状以及未来发展，本刊记者特地走访了中车青岛四方机车股份有限公司（以下简称“中车四方”），并采访了中车首席技术专家，中车四方高级主任工艺工艺师韩晓辉先生。

成功替代电阻点焊，激光焊助力城轨车辆换代升级

目前，我国以地铁车辆为代表的城轨车辆的车体材料主要以不锈钢为主。不锈钢车体侧墙主要采用骨架加蒙皮的结构，骨架与蒙皮之间采用搭接焊。不锈钢车体材料不适合弧焊，目前主要采用电阻点焊技术。由于不锈钢车体不需要涂装，因而对车体的表面质量要求较高。电阻点焊虽有效减小了车体的焊接变形，但焊点处存在明显的压痕，降低了车体外观质量。然而通过控制激光焊的工艺参数，则可以使侧墙外板表面没有焊接痕迹，大大改善了车体的焊接质量。激光焊与传统的电弧焊和电阻焊相比，具有接速度快，生产效率高，焊缝和热影响区窄，焊接变形小，焊接接头强度性能高等优点，不仅提高了城轨车辆的结构强度和整体刚度，而且大大提升了车辆的舒适性、安全性和美观性，从而为乘客营造更舒适、安全的乘坐环境。因此，在轨道交通领域对不锈钢车体激光焊接技术的研究已受到越来越多的重视。

据韩晓辉主任介绍，中车四方紧跟市场需求，积极推广前沿焊接技术。中车四方轨道车辆激光焊接技术的工程化应用研究工作始于2010年，历经七年研发历程，先后完成了复杂成形件研制、基础试验研究、核心部件工艺开发、激光焊缝质量评价、超声波检测技术开发以及不锈钢激光焊车辆研制。2013年4月推出国内首列工业化生产的北京14号线A型激光焊地铁列车，填补了国内空白；2015年底完成国内首辆无涂装干线不锈钢激光焊客车，实现了无涂装不锈钢车辆应用于时速200 km干线客车领域的重大突破，激光焊接技术的应用达到国际领先水平；2016年12月推出大鼓形断面全激光焊接效果的青岛地铁11号线车辆，为国内首列B型激光焊城轨列车；后续还将陆续推出青岛2号线、13号线、1号线共计千余辆激光焊车辆产品，实现激光焊接技术在轨道车辆制造业中的全面应用。

伊萨激光焊接系统在中车四方的应用

扫码观看视频

产学研一体协作，保障激光焊接质量安全

目前中车四方已拥有意大利RTM、ESAB、德国SMC等四套激光焊接系统，建立了两条激光焊车辆生产线。韩主任重点向记者介绍了中车四方于2016年引进的伊萨激光焊设备。他强调了该激光焊系统在焊接工艺控制方面的显著优势。第一，先进的自适应控制技术可以扫描坡口组对变化；扫描焊接过程中的坡口位移；在焊接中，根据坡口情况调节必要的焊接参数；检测并保持焊接参数在焊接工艺（WPS）允许的范围内；扫描焊缝表面的形状和质量（可选）；改变焊接工艺以获得所需的焊缝成形（可选）。第二，实现自适应的速度/功率控制。第三，具有激光熔深监测技术。另外，具有基于PC的实时过程控制器，可以管理所有焊接和运动子系统的运作；控制全部焊接过程，从起始到结束；在人机界面HMI上提供系统状态更新；推送实时参数和质量数据至HMI，用以使用和归档；先进的自适应控制模式改变焊接过程的变量，以对应工件状况的变化；安全管理所有系统互锁，碰撞传感器，故障保护和其他需要安全操作激光的设备。

在城轨车辆制造中，虽然激光焊的优势明显，但确保激光焊的焊接质量并不是一个简单的问题。正如韩晓辉主任所说：“经过这几年的应用与研究，我的体会是：激光焊接的难点与关键点不仅仅在于焊接本身，单件质量与装备精度的提升，组装方式的改进，焊后的智能化检测都是获得高质量产品必不可少的关键因素。”激光焊系统中配备的优异的工艺控制技术以及实时过程控制和熔深监测等技术为保证焊接质量奠定了坚实基础，同时中车四方技术团队在焊前的工艺改进、焊后的质量检测方面所做的研究与探索，也是保证激光焊接质量的关键因素。

对于激光焊在城轨车辆未来的应用，韩晓辉主任提到：“目前我们用激光焊解决的是‘面子问题’，未来我们将用激光焊来解决关键零部件的品质问题。”我们也期待，未来能有越来越多的先进技术出现，助力我国轨道交通乃至整个制造业的快速发展。