轨道车辆碳钢焊接应用现状分析

摘 要：轨道交通行业的大力发展对于国家经济繁荣的重要性不言而喻，近些年来轨道车辆的碳钢材料的应用大大提高了其性能。本文对轨道车辆的焊接应用现状进行了研究，对碳钢材料的焊接工艺进行了总结，并从当前的焊接材料、焊条材料以及碳钢涂层材料等三个方面在轨道车辆的碳钢焊接中应用现状进行了分析，最后指出了轨道车辆碳钢焊接技术的碳钢焊接工艺不断提高及碳钢涂层材料的革新的两方面的未来发展趋势。本文的研究内容对于轨道车辆碳钢材料的焊接应用具有一定的参考意义。

关键词：轨道车辆;碳钢焊接;工艺;应用现状

0 引言

轨道交通行业的大力发展对于促进国家经济的重要性不言而喻，近些年来随着国家生产制造业水平的不断提升，轨道交通车辆的生产制造技术也在不断革新，特别是碳钢材料由于其拥有良好的焊接特性和完美的材料成型性在轨道车辆的生产制造上得到了很大的应用，碳钢材料的研究也受到了研究者们的广泛的关注。本文将结合碳钢材料的特点，对碳钢焊接在轨道车辆的应用现状进行分析，并对其未来的发展前景展开探索，研究内容对于提升轨道车辆的碳钢焊接的应用具有一定的参考意义。

1 碳钢材料焊接工艺概述

随着社会工业化进程的不断推进，金属材料加工工艺也在不断发展。近些年来，碳钢金属材料由于其具备工艺性强、价格低廉的优势被广泛应用。所谓碳钢材料，通常是指含碳量比较低的铁和碳的复合材料，通常在碳钢金属材料里面，碳的含量一般在0.0218%～2.11%之间。对于碳钢合金而言，一般来说，含碳量越高，碳钢材料的硬度、强度则越高，材料的塑性则越低。但是对于碳钢焊接工艺而言，如果含碳量越高，由于碳含量比较高的钢会在高温的焊接环境中被淬硬的原因，会造成碳钢材料的焊接性变差，甚至由于淬硬而引起焊接裂纹。因此对于不同碳含量的碳钢材料而言应根据碳含量的高低采取不同的焊接工艺。

2 轨道车辆碳钢焊接应用现状分析

近些年来，随着碳钢材料在轨道车辆的生产制造工艺中的广泛采用，碳钢材料的良好性能受到认可。为适应轨道车辆行业的发展，提高碳钢材料的性能及改善碳钢金属材料的焊接特性已经成为碳钢材料的研究重点。

2.1 碳钢金属材料的焊接现状

对于碳钢金属材料而言，一般可以分为低碳钢（碳含量小于）、中碳钢和高碳钢（碳含量高于0.6%）。对于低碳钢的焊接而言，一般采用的焊缝的金属材料的碳含量要低于母材的碳含量，焊条多采用Q235。对于中碳钢而言，由于其含碳量相对较高，因此其焊接性能比低碳钢的焊接性能相对差一些，在焊接的过程中容易产生裂缝，因此在焊接中碳钢时应该尽量选择抗裂性更好的材料进行焊接，避免焊接过程中裂纹的出现。中碳钢的焊接时一般采用比焊接母材低一级的低氢型焊条进行焊接。对于高碳钢而言，由于其含碳量更高，焊接过程中容易产生又硬又脆的高碳马氏体，焊接裂纹出现的概率大大增加。在进行高碳钢的焊接时，应根据需求选取不同的焊条。焊接强度要求比较高时，可选用E7015或E6015焊条进行焊接;当焊接强度要求较低时，可选用E309～15或者E309～16焊条进行焊接。

2.2 轨道车辆碳钢焊接应用现状分析

对于发达国家而言，一般采用高强度的钢用于轨道车辆的生产制造。如美国的轨道车辆通常采用的钢强度一般不低于345MPa，俄罗斯一般采用强度在400MPa～500MPa之间的高强度钢用于轨道车辆的生产制造。对于我国轨道车辆而言，从最开始使用的A3钢，由于碳钢等新型材料的出现，A3钢逐渐被Q235取代。随着加工制造技术水平的进一步发展，在使用过程中发现Q235的抗腐蚀能力相对来说比较差，Q310、Q345逐渐将Q235进行取代。随着轨道交通行业的大力发展，轨道车辆的材料也在不断进行发展，金属材料也在不断更新换代从而满足车辆要求。

近些年来，我国对于轨道车辆焊接应用方面的研究也取得了很大的进步，特别是在低碳钢以及高强度的耐候钢方面已经积累了大量的经验及具备了一定的研究基础。在焊丝的选用方面，发现对于刚强度的耐候钢而言，ER50-G、ER55-G、E4303及ER50-6等焊接材料具备良好的性能，在目前的轨道车辆的焊接过程中被广泛采用。对于焊接性能而言，焊接材料特性毋庸置疑是比较重要的，焊接工艺也同样重要，焊接工艺在某种程度上来讲可以制约轨道车辆的生产制造水平。目前在焊接过程中通常选用GMAW的焊接方法来保证焊接过程中电弧稳定性，从而保证轨道车辆的焊接性能。随着焊接技术的不断革新发展，碳钢激光焊接方法目前是世界上最新的一种焊接方法，但我国在这一方面的研究还相对比较落后，对于碳钢激光焊的研究还需进一步深入。

此外，由于轨道车辆等碳钢金属材料长时间的处于外部裸露环境中，会不可避免的出现腐蚀现象，严重情况下可能威胁轨道车辆的正常行驶安全。为了防止碳钢腐蚀，一般需要进行碳钢涂层处理。目前常用的涂层材料有导电聚合物、金属涂镀层、电沉积复合镀层、屏蔽型聚合物及智能涂层等[6]，涂层材料的使用，大大提高了碳钢材料的抗腐蚀性能，从而提高轨道车辆的运行安全性。

3轨道车辆碳钢焊接技术未来发展趋势分析

轨道交通是社会经济發展的重要基础，随着轨道交通行业大力发展，不断要求轨道车辆的性能得到提高，轨道车辆的焊接技术的要求也越来越高，未来轨道车辆的焊接技术的发展趋势体现在以下几个方面：

（1）碳钢焊接工艺不断提高：为了适应轨道车辆不断发展的技术要求，焊接工艺必须进行技术革新。主要包括两方面，第一首先是对于焊接材料而言，强度高、质量轻、刚性好、工艺性强的碳钢材料是未来的发展趋势。另一方面，焊接技术应进一步革新从而尽可能地减少焊接过程中焊接热量的影响范围，避免焊接裂纹的出现。

（2）碳钢涂层材料的革新：涂层材料的使用对于提高轨道车辆等碳钢材料的使用寿命而言具有重要意义。对于碳钢涂层材料而言，应该大力开发研究成本低、绿色环保、加工工艺简单的涂层材料。

4总结

本文总结了碳钢材料的焊接工艺，并对当前轨道车辆的碳钢焊接中的焊接材料、焊条材料以及碳钢涂层材料等方面的应用现状进行了分析，并指出了轨道车辆碳钢焊接技术的碳钢焊接工艺不断提高及碳钢涂层材料的革新的两方面的未来发展趋势。

参考文献：

[1]范东宇，刘春宁，苟国庆.轨道列车碳钢焊接研究现状[J].电焊机，2018，48（03）：211-215.

[2]张宇，魏培欣，薛海峰，等.浅谈丁倩基橡胶在轨道交通车辆碳钢枕梁防腐上的应用[J].哈尔滨铁道科技，2015（03）：33+35.

[3]文超，王浩，高红梅，等.中碳钢疲劳寿命的估算方法研究[J].机械设计与制造，2019（08）：73-75.

[4]田国才，袁楷涛. 盐酸介质中咪唑离子液体对碳钢缓蚀作用的机理研究[J].昆明理工大学学报（自然科学版），2018，43（04）：9-19.

[5]王金生，黄江中，周喜成，等.碳钢管线全自动氩弧焊工艺[J].工艺与新技术，2020，49（04）：43-45.

作者简介：

龚世勇（1987.2-），性别：男，民族：汉，籍贯：重庆潼南，学历：大专，就职单位：中国中车成都机车车辆有限公司，职称：电焊工技师，从事工作：轨道交通碳钢配件焊接.