焊接技术在轨道交通车体中应用现状及发展趋势

廖敏

河北省廊坊市坤昊建筑工程有限公司 河北廊坊 065000

1 不锈钢车体焊接工艺

1.1 电阻焊

在不锈钢城轨车辆车体制造中，目前应用比例最大的焊接方法是电阻焊。电阻焊是焊件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法。车体顶棚、底架、侧墙、端墙等主要部件焊接主要采用电阻焊。该焊接方法能够大比例应用于不锈钢城轨车辆焊接中有以下原因:

（1）不锈钢车体各主要部件的组成大都是薄板部件或薄板成型件组焊而成，在控制薄板不锈钢焊接变形方面，电阻焊较传统弧焊具有明显优势。

（2）电阻焊设备技术成熟，设备自动化程度高，有助于生产制造单位的生产效率提高及人力配置成本的下降。设备工艺装置的投入较其它特种焊接方法性价比高。

（3）电阻焊无需焊接填充材料，能够满足城轨车辆车体设计轻量化的需求。

1.2 熔化极气体保护焊

继电阻点焊大比率应用，熔化极气体保护焊作为一种常规焊接方法，常用于在不锈钢车体底架、车内、车顶的用于安装作用的小部件焊接。在制造过程中需注重解决奥氏体不锈钢焊接性以下方面问题：（1）热裂纹；（2）焊接变形大；（3）焊接接头的腐蚀。

工艺措施制定可以从以下方面加以考虑：

（1）在制定焊接WPS（焊接工艺规程）时，计算焊接热输入量，选用小电流快速焊的工艺参数。

（2）焊接点固时，不得采用点状点固的形式，因为这种点状弧焊容易形成裂纹缺陷，需规定点固焊缝长度必须达到焊接接头设计规范。

（3）在不锈钢车体焊接过程中，工装的夹紧设计尤为关键，合理的工装方案能够有效控制焊接变形，控制焊接变形的其它方法如合理的焊接顺序、反变形的方案制定。同时对于单个小部件的焊接，可以考虑整体整合焊接。

例如不锈钢车门角的焊接，作为一单独的小部件，在制作过程中需焊接，由于单独制作1个门角，焊接变形量大不易实现，在实际生产中四个门角作为一整体焊接制作,通过整体焊接减少了焊接变形保证了部件尺寸。

（4）焊接时要尽可能地缩短在敏化温度区（450-850℃）段下停留的时间。如采用水冷或其它冷却方法。

2 铝合金车体焊接工艺

铝合金车体常用材料主要为5000系、6000系与7000系铝合金，其中5000系属于热处理强化铝合金，主要以板材为主，常用于地板托架、内部骨架等部位，焊接性好；6000系为热处理强化铝合金，以型材为主，常用于地板、侧墙、车顶等部位；7000系为铝锌镁铝合金，以板材和简单截面型材为主，材料强度高，常用于车体重要承载部位，但由于锌的加入，焊接性变差。

考虑到车体结构、材料、成本控制等因素，目前铝合金车体常用的焊接方法主要有熔化极惰性气体保护焊（MIG焊），电阻点焊、搅拌摩擦焊（FSW）等，MIG焊使用最多，电阻点焊也有应用，FSW作为新的焊接工艺方法也开始在轨道交通领域被推广使用[1]。

MIG焊接技术属于一种熔化极气体保护焊，其主要特点是电弧功率大，热量性对比较集中，所以在实际的生产过程中生产效率也就比较高，在实际的操作过程中可以根据板厚、焊接位置不同灵活地进行调整。MIG焊可以实现多种不同的熔滴过渡形式，例如常见的短路过渡、射流过渡以及亚射流过渡等过渡形式，都可以通过MIG焊接技术轻而易举地实现。就目前动车组铝合金车体焊接过程中MIG焊技术实际应用情况来看，包括手工焊接和自动焊的形式存在，这两者焊接方式都有各自具有优缺点，并且分别用于不同环境和不同部位的焊接情况，所以在实际的生产过程中两者不存在冲突，焊接人员会根据具体的情况选取合理的焊接方式。

阻点焊技术主要是利用电阻热原理，借助电阻产生的热量对铝合金表面进行加热，从而实现焊接目的，由于铝合金的物理导热性能比较好，所以表面易形成高熔点化合物，所以该种焊接方式非常容易产生不熔合现象，因此该项技术主要被应用普通材质的车体制造过程中，在铝合金材料的焊接情况中比较少见，但是铝合金点焊也有许多优点，例如焊后变形情况非常小，相反缺点则是应用范围相对窄小、对于焊接电流需求比较大、焊接设备设施价格也相对比较昂贵。

搅拌摩擦焊，作为一项革命性的焊接技术，自1991年问世以来，就因其具有焊接接头性能优异、缺陷率低、能耗低、绿色环保等优点逐渐在航空航天、汽车制造、轨道交通、传播等领域得到了广泛地应用和推广。搅拌摩擦焊技术，其原理是由一个高速旋转的搅拌头插入被焊工件，产生摩擦热使材料热塑化而实现固相连接，其显著特点是被焊材料未熔化，焊后材料强度损失小[2]。在实际生产应用中，搅拌摩擦焊的焊缝的一侧或两侧会出现残留的片状金属，即飞边，导致搅拌摩擦焊后焊缝高度低于母材，因此待焊部位的高度设计时通常高于其他部位，以补偿焊接造成的损失。另外，搅拌头拔出时会带出一定量的母材，会导致焊缝末端残留匙孔，因此设计时可对待焊工件长度施加放量。

总之，经过多年的发展，传统的焊接工艺方法已经在轨道交通领域不断成熟，而像搅拌摩擦焊和激光焊这样先进的焊接技术，已经逐步在轨道交通车辆车体制造中得到应用。相对于传统的焊接工艺，新的焊接工艺有着无可比拟的优势，但由于受到一些辅助设备的发展以及成本因素的制约，目前还没有大范围应用到实际生产线[3]。技术在不断地进步，新的焊接工艺也在不断地改良以适应各种需求，所以对先进焊接工艺的未来发展前景持乐观态度，相信这些先进的焊接技术会在未来轨道交通领域大放异彩。