不銹鋼軌道車輛焊接技術(shù)應(yīng)用

康麗齊

（中車長春軌道客車股份有限公司，吉林長春130062）

不銹鋼軌道車輛焊接技術(shù)應(yīng)用

康麗齊

（中車長春軌道客車股份有限公司，吉林長春130062）

不銹鋼軌道車輛選用SUS301L系列奧氏體不銹鋼材質(zhì)，采用薄板焊接，對復(fù)雜的軌道車輛結(jié)構(gòu)的不同結(jié)構(gòu)使用不同特點(diǎn)的焊接工藝技術(shù)。介紹不銹鋼車輛材料的特點(diǎn)和性能，以及電阻點(diǎn)焊技術(shù)、熔化極氣體保護(hù)焊焊接技術(shù)、鎢極氬弧焊焊接技術(shù)、螺柱焊焊接技術(shù)原理。分析不銹鋼車輛的焊接工藝特點(diǎn)、焊接工藝規(guī)范、焊接設(shè)備特點(diǎn)等，研究在高強(qiáng)奧氏體不銹鋼材料的車輛生產(chǎn)中的焊接工藝技術(shù)。

不銹鋼；軌道車輛；焊接技術(shù)

0 前言

隨著城市交通的發(fā)展，奧氏體不銹鋼材料成為業(yè)主的首選材料，其抗拉強(qiáng)度高，在滿足車輛運(yùn)行過程的碰撞要求前提下，可以使用較薄的板材，降低了車輛自重，節(jié)約了能源。在車輛達(dá)到報廢期時，不銹鋼材料可以回收再利用。

某公司生產(chǎn)制造了國內(nèi)多個不銹鋼材質(zhì)車輛，選用SUS301L系列高強(qiáng)不銹鋼，采用多種焊接技術(shù)，使用各種焊接設(shè)備將多種焊接工藝應(yīng)用于不銹鋼車輛的生產(chǎn)上，完成車輛的焊接制造，特別是針對表面不涂裝的車輛，實(shí)現(xiàn)了車輛外觀美觀的制造要求，獲得業(yè)主的好評，引領(lǐng)了軌道車輛的發(fā)展潮流。

1 材料性能和車輛焊接工藝

軌道車輛選用SUS301L系列高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼作為車輛車體結(jié)構(gòu)的主要材料。該材料在軋制過程中通過控制壓延率可獲得5種強(qiáng)度等級的材料，根據(jù)不同位置要求，選用不同等級。5個等級對應(yīng)車輛分別為 HT、MT、DLT、ST 和 LT[1]，它們的化學(xué)成分無區(qū)別，機(jī)械性能不同。SUS301L不銹鋼的電阻率高、導(dǎo)熱性差、熱敏感性強(qiáng)，有較高的高溫強(qiáng)度，適合電阻點(diǎn)焊，并且必須采用較高的電極壓力以防止產(chǎn)生縮孔、裂紋等缺陷。要采用強(qiáng)有力的內(nèi)部和外部水冷卻，并且準(zhǔn)確控制加熱時間和焊接電流，以防熱影響區(qū)晶粒長大和出現(xiàn)晶間腐蝕現(xiàn)象。

電阻點(diǎn)焊后的焊點(diǎn)表面成形美觀，焊接變形小，焊后無需修磨焊點(diǎn)表面，避免破壞不銹鋼金屬材料的表面狀態(tài)，特別是表面有拉絲狀態(tài)（如2B狀態(tài)）板材的應(yīng)用。對電阻點(diǎn)焊不能實(shí)現(xiàn)的特殊結(jié)構(gòu)采用弧焊工藝，如：側(cè)墻門框采用鎢極氬弧焊，底架各種小吊與底架橫梁采用熔化極氣體保護(hù)焊，側(cè)墻外表面用于掛裝內(nèi)裝結(jié)構(gòu)的螺柱采用螺柱焊。采用化學(xué)方法去除電阻點(diǎn)焊和弧焊產(chǎn)生的氧化黑色痕跡，使車輛均呈現(xiàn)的是不銹鋼金屬原有的金屬色澤和紋路。

2 電阻點(diǎn)焊工藝技術(shù)應(yīng)用[2]

2.1 電阻點(diǎn)焊設(shè)備

電阻點(diǎn)焊設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要求設(shè)備精度高，并且軌道車輛焊接用的點(diǎn)焊設(shè)備均是非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，其工藝性強(qiáng)、價格高，大部分從國外進(jìn)口。設(shè)備主要由走形系統(tǒng)、焊接系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、焊接監(jiān)測系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、焊鉗結(jié)構(gòu)、點(diǎn)焊電極等組成。

完成不同部位焊接的電阻點(diǎn)焊，設(shè)備性能均不同。以完成車頂骨架中車頂邊梁與車頂彎梁點(diǎn)焊的設(shè)備為例，總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 車頂邊梁與車頂彎梁點(diǎn)焊設(shè)備

設(shè)備從日本引進(jìn)，其主要特點(diǎn)為：走形系統(tǒng)采用單腿龍門架式，滑線方式供應(yīng)電能，設(shè)備軌道83 m，布局3個工位。焊接系統(tǒng)是直流逆變的焊接電源，控制方式為恒電流控制，額定容量大于等于150 kVA，電流控制精度不超過標(biāo)準(zhǔn)值的±3%。系統(tǒng)控制器有異常現(xiàn)象的檢驗(yàn)功能、顯示功能和操作功能，還有顯示主電源開/關(guān)等功能。焊接監(jiān)測系統(tǒng)能夠監(jiān)測所有焊接參數(shù)并顯示監(jiān)測結(jié)果，形成數(shù)據(jù)庫管理。設(shè)備冷卻系統(tǒng)可對設(shè)備內(nèi)部內(nèi)部實(shí)行強(qiáng)制自循環(huán)冷卻，包括電纜、電極等部件。潤滑系統(tǒng)可保證各運(yùn)動部件工作需要的潤滑功能。

2.2 電阻點(diǎn)焊工藝

電阻點(diǎn)焊的接頭形式均是搭接接頭，接頭間隙0～0.3 mm。其為焊接過程中依靠搭接母材自熔形成的焊接，所以不需要填充金屬。為了實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊，需要不同規(guī)格、型號的輔助材料。焊接參數(shù)主要包括電極壓力、焊接電流、焊接時間（周波），每種搭接形式和對應(yīng)的焊接設(shè)備均需要單獨(dú)的WPS文件。

車頂邊梁與車頂彎梁點(diǎn)焊的工藝參數(shù)如表1所示，其中車頂邊梁和車頂彎梁材料均是1.5 mm厚的HT。

表1 點(diǎn)焊試驗(yàn)參數(shù)

3 熔化極氣體保護(hù)焊技術(shù)應(yīng)用[3]

不銹鋼材質(zhì)車輛材料較薄，熱傳導(dǎo)性差，熔化極焊接過程中需要控制對母材的熱輸入，焊接采用直流反接特性。在Ar中加入少量的氧氣，兩者比例為Ar∶O2=97%∶3%。不銹鋼金屬熔化后液體金屬粘度大，表面張力大，易產(chǎn)生氣孔，在氬氣中添加一定比例的氧氣，有效地控制了氣孔的產(chǎn)生。

3.1 焊接設(shè)備

焊接設(shè)備一般由焊接電源、送絲機(jī)（附帶焊絲盤保護(hù)罩）、焊槍、氣體流量調(diào)節(jié)器等主要部件組成。

不銹鋼材質(zhì)車輛中底架主橫梁和安裝吊板采用MAG焊，焊機(jī)從日本OTC公司引進(jìn)。不銹鋼車輛板材是薄板，焊絲直徑1.0 mm，通過改變導(dǎo)電嘴、調(diào)整送絲輪等裝置使設(shè)備具有可使用直徑1.0 mm和直徑1.2 mm焊絲調(diào)整的功能。設(shè)備具有存儲焊接規(guī)范功能，能夠隨時調(diào)用已調(diào)整好的焊接規(guī)范；電弧調(diào)節(jié)裝置可實(shí)現(xiàn)電弧特性從“軟”到“硬”的自由調(diào)節(jié)；能精確設(shè)定電流和電壓，電流精確到1 A，電壓精確到0.1 V；隨機(jī)帶氣體流量調(diào)節(jié)器額定氣體流量大于等于25 L/min；具備設(shè)置提前供氣時間、收弧時間以及滯后供氣時間的功能，保證焊縫起弧處和收弧處的焊接質(zhì)量。100%負(fù)載持續(xù)率時的焊接電流大于等于360 A。

3.2 MAG焊焊接工藝

不銹鋼車輛底架主橫梁和安裝吊板的MAG焊工藝參數(shù)如表2所示。底架主橫材料為4.0 mm厚的DLT，吊板材料為4.0 mm厚的ST，接頭為4.0DLT+4.0ST。焊接形式為角接PB形式。根部間隙0～0.5mm，保護(hù)氣體采用 φ（Ar）97%+φ（O2）3%二元?dú)怏w，氣體流量 15～18 L/min。

表2 MAG焊接參數(shù)

4 鎢極氬弧焊焊接技術(shù)應(yīng)用[4]

4.1 焊接設(shè)備

鎢極氬弧焊設(shè)備由焊接電源、焊槍、保護(hù)氣體供應(yīng)系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)裝置、焊接控制系統(tǒng)、氬氣流量調(diào)節(jié)器組成。焊槍的冷卻方式為水冷，設(shè)備額定焊接電流300 A，適用電極直徑1.2～3.2 mm，額定負(fù)載持續(xù)率大于40%。設(shè)備具有提前送氣、滯后送氣時間可調(diào)的功能，可控制收弧電流。

4.2 焊接工藝

在不銹鋼車輛中，車門組成為4 mm厚的LT材料，采用TIG焊。焊接形式為對接PA，根部間隙1～2 mm，保護(hù)氣體為純度99.99%Ar，氣體流量10～15 L/min，焊接參數(shù)如表3所示。

表3 TIG焊接參數(shù)

5 螺柱焊焊接技術(shù)應(yīng)用[5]

5.1 焊接設(shè)備

采用短周期拉弧螺柱焊，設(shè)備由焊接電源、焊槍、控制單元、接地線、夾鉗等組成。

5.2 螺柱焊焊接工藝

在不銹鋼車輛中，采用螺柱焊焊接側(cè)墻下邊梁位置的側(cè)墻墻板外側(cè)面直徑為8 mm的螺柱，焊接前側(cè)墻外表面清潔干凈，否則會影響焊接質(zhì)量。焊接參數(shù)如表4所示，預(yù)引弧電流可調(diào)整范圍較小（40～50 A），預(yù)引弧時間 40～100 ms。

表4 螺柱焊焊接參數(shù)

6 結(jié)論

（1）表面不涂裝不銹鋼車輛的生產(chǎn)中，電阻點(diǎn)焊是最佳焊接方式，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上能夠?qū)崿F(xiàn)電阻點(diǎn)焊的結(jié)構(gòu)均以電阻點(diǎn)焊為主要焊接工藝，以減少焊接變形，焊后成形美觀。

（2）對結(jié)構(gòu)復(fù)雜、電阻點(diǎn)焊不能實(shí)現(xiàn)的部位，可采用MAG和TIG焊接工藝，焊后及時水冷焊縫，防止焊接變形和熱裂紋產(chǎn)生。

（3）對表面安裝外掛件的螺柱，采用螺柱焊工藝，能實(shí)現(xiàn)裝配安裝外掛件的安裝要求。

[1]康麗齊，于菲.電阻點(diǎn)焊電極頭形式對高強(qiáng)不銹鋼焊點(diǎn)強(qiáng)度影響的試驗(yàn)研究[J].工程機(jī)械，2014，45（2）：56-59.

[2]IWE-1/1.19國際焊接工程師培訓(xùn)教程電阻焊[M].哈爾濱：哈爾濱焊接培訓(xùn)技術(shù)培訓(xùn)中心，2006：3-6.

[3]IWE-1/1.15國際焊接工程師培訓(xùn)教程MIG/MAG焊[M].哈爾濱：哈爾濱焊接培訓(xùn)技術(shù)培訓(xùn)中心，2006：1-5.

[4]IWE-1/1.13國際焊接工程師培訓(xùn)教程鎢極氬弧焊[M].哈爾濱：哈爾濱焊接培訓(xùn)技術(shù)培訓(xùn)中心，2006：1-6.

[5]王濤，蘭海婷，張雪峰，等.淺析螺柱焊工藝在軌道車輛不銹鋼車體上的應(yīng)用[J].工程技術(shù)，2016（75）：234.

The application of welding technology for stainless steel track vehicle

KANG Liqi
（CRRC ChangChun Railway Vehicles Co.，Ltd.，Changchun 130062，China）

The stainless steel track car adopts SUS301L series austenitic stainless steel material，and the use of thin plate welding，for different structures of complex rail vehicle structures，welding technology with different characteristics is used.Introduces the characteristics and performance of stainless steel vehicle materials，as well as resistance spot welding technology，MIG welding technology，TIG welding technology and stud welding technology principle.The welding technology characteristics，welding process specifications and welding equipment characteristics of stainless steel vehicle were analyzed.The welding technology of high strength austenitic stainless steel in the vehicle production was studied.

stainless steel；rail vehicle；welding technology

TG457.11

B

1001-2303（2017）10-0086-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.10.18

本文參考文獻(xiàn)引用格式：康麗齊.不銹鋼軌道車輛焊接技術(shù)應(yīng)用[J].電焊機(jī)，2017，47（10）：86-88.

2017-06-21

康麗齊（1971—），女，教授級工程師，學(xué)士，主要從事鐵路不銹鋼車輛、碳鋼車輛制造工藝研究工作。E-mail：kangliqi@cccar.com.cn。