安卡拉地鐵不銹鋼車體焊接工藝分析

摘 要：文章在分析安卡拉地鐵不銹鋼車體結構基礎上，介紹了安卡拉地鐵不銹鋼車體焊接工藝，分析了不銹鋼車體的典型焊接工藝技術。

關鍵詞：城軌車輛；不銹鋼車體；焊接工藝

引言

城軌車輛不銹鋼車體相對碳鋼車體有著車體強度高、重量輕、耐腐蝕、耐高溫等特點，更有免涂裝、防火性強、全壽命維護成本低等優勢。近年來和鋁合金車體一樣，在國內備受客戶的青睞。南車株機公司自2009年開始研制城軌車輛不銹鋼車體，在2011年完成了B型不銹鋼車體的研制，積累了一定的車體結構設計及制造工藝技術經驗。2012年，公司中標土耳其安卡拉地鐵車輛增購項目后，隨即進行A型不銹鋼車輛的設計及批量生產制造。本文就安卡拉地鐵不銹鋼車體制造過程中的焊接技術進行分析。

1 不銹鋼車體結構

安卡拉地鐵車輛采用A型不銹鋼車體結構，車體以薄壁筒型和板梁焊接結構為主體，鼓型斷面，整車長22m，寬3.1m，頭車車體主要部件采用不銹鋼車體專用材料SUS301L及SUS304不銹鋼、Q345E碳鋼，不銹鋼板厚在0.8～5mm范圍內。車體由底架、頂蓋、左右側墻、后端墻、司機室骨架6大模塊組成。組成車體的各模塊間主要采用點焊、熔焊連接。

2 不銹鋼車體焊接工藝選擇

不銹鋼車體大量采用SUS301L薄板，不銹鋼高的電阻率、大的膨脹系數和低的熱導率決定不銹鋼焊接時，若焊接線能量過大，會出現難以控制的焊接變形，產生很大的焊接殘余應力，焊后金相組織發生改變，形成晶間腐蝕，造成強度減弱。SUS301L不銹鋼材料特殊的熱物理和焊接特性，決定了不銹鋼車體部件的連接應盡量減少弧焊焊縫，而應采用電阻點焊工藝，采用電阻點焊可以減少這些焊接缺陷的產生。

大量采用電阻點焊焊縫連接能夠提高車體外觀。如，側墻蒙皮采用單面電阻點焊焊接工藝，能夠保證側墻外表面焊點壓痕較淺，焊點外觀較圓，焊點燒痕較少。

焊接工藝的選擇也要有利于車體的防水密封性。如：波紋頂板采用縫焊工藝，能夠保證頂蓋上部的水密性；為了保證不銹鋼車體頂蓋波紋頂板與側頂板連接后的水密性，采用電阻點焊密點之后打膠。

一些無法實現電阻點焊連接的結構，采用熔焊焊焊接工藝。熔焊焊接工藝參數可以根據焊縫的作用進行調整，如果焊縫起到結構連接作用，則必須優先考慮焊縫熔合質量。如焊縫以密封作用為主，則焊接時可以選擇小規范、加快焊接速度，使熱輸入量減少，從而減少焊接變形。如，為了保證車體水密性及減少弧焊焊接變形，探索新的焊接工藝，進行CMT焊接（冷金屬過渡焊）工藝驗證。

3 電阻點焊工藝

電阻點焊焊縫的質量與電阻焊設備的電源以及焊接工藝參數的選擇關系很大，電阻點焊工藝參數主要有焊接電流、焊接時間、電極壓力以及電極端面形狀和尺寸。由于不銹鋼熱敏感性強及線膨脹系數大的物理特性，在進行點焊時候通常采用硬規范，即采用較短的焊接時間、強有力的內部和外部水冷卻，并且要準確地控制加熱時間、焊接時間及焊接電流，以防熱影響區晶粒長大和出現晶間腐蝕現象。

在實際生產中SUS301L不銹鋼板厚板往往容易在焊核中間產生縮孔，并且難以完全避免。如下表2。

解決縮孔的發生主要靠提高電極壓力，特別是熔核形成、焊接區快速冷卻時的鍛壓力來實現。不銹鋼點焊在點焊厚板時出現的縮孔一般是由于點焊過程中壓力不足或者熔核凝固過程中跟隨壓力不夠（凝固過程中體積縮小）造成的。實際試驗發現如果提高電極壓力，則可能會使試片表面產生較大的凹坑或者飛濺。為了既能得到滿意的焊縫內部質量又保證焊點外觀，通常如果產品不是表面件，可以嘗試加大點焊壓力，犧牲點焊表面質量的方法來解決。如果提高壓力不能解決縮孔的問題，按照EN15085-3標準中附表F.2中第14條中說明，只要縮孔的直徑小于焊核直徑的1/2就是合格的，但強度必須滿足標準要求。

4 MAG焊焊接工藝

不銹鋼車體底架、頂蓋大量采用MAG焊接工藝，主要起連接及密封作用。使用福尼斯TPS3200脈沖MAG焊接設備，在焊接不銹鋼時候可以有效的控制熱輸入量，改善接頭性能。安卡拉地鐵不銹鋼車體2種典型接頭及MAG焊工藝參數如表3。

5 冷金屬過渡焊（CMT）焊接工藝

冷金屬過渡焊工藝的特點是熔滴過渡冷熱循環交替，在焊接不銹鋼時理論上可以有效的控制熱輸入量，改善接頭性能，減小焊接變形，同時避免任何飛濺。

不銹鋼車體頂蓋上板薄、焊接量大、焊縫密封要求高、不允許有較大的焊接變形。冷金屬過渡焊接工藝正好滿足安卡拉地鐵不銹鋼車體頂蓋的焊接需要。

5.1 0.8mm+2mm搭接接頭CMT焊接工藝試驗

試驗使用自動焊接設備，福尼斯CMT焊機。

通過試驗發現福尼斯脈沖CMT自動焊機，通過調整自動焊設備參數，能夠實現不銹鋼薄板焊縫的外觀美觀及工件相對較小的變形。

6 結束語

安卡拉地鐵車輛不銹鋼車體進行了大量的焊接工藝試驗，提高了車體的工藝性及驗證了結構的可行性；安卡拉地鐵車輛不銹鋼車體進行了冷金屬過渡焊接（CMT）工藝，保證了焊縫質量的同時，實現了車頂的可靠密封，減少了車體頂蓋焊接變形。

參考文獻

[1]陳書翔.不銹鋼車體焊接方法及工藝參數的選定[J].四機科技，2005（2）.

[2]徐鳳林，金文濤，方京.不銹鋼車體側墻點焊工藝性探討[J].金屬加工，2010（10）.

作者簡介：焦銳，2008年畢業于大連交通大學車輛工程專業，現主要從事城軌車輛車體工藝技術工作。