激光焊接技術助力城軌車輛升級換代
——訪中車首席技術專家，中車青島四方機車股份有限公司高級主任工藝師韓曉輝

■ 本刊記者 張維官，王穎

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隨著我國城市規模的不斷擴大，城市經濟的快速發展和現代化水平的不斷提高，軌道交通已成為我國各城市公共交通體系的最佳選擇。而作為城市軌道交通中運送乘客的重要工具，車輛的數量、品種和質量、技術水平直接影響著城市軌道交通的發展規模和速度。因此各種先進的技術也在軌道交通車輛制造中得到了廣泛應用。特別在焊接領域，先進的機器人弧焊技術、激光焊技術、攪拌摩擦焊技術等均已得到了廣泛應用。

為了解激光焊技術在城軌車輛制造中應用的現狀以及未來發展，本刊記者特地走訪了中車青島四方機車股份有限公司（以下簡稱“中車四方”），并采訪了中車首席技術專家，中車四方高級主任工藝工藝師韓曉輝先生。

成功替代電阻點焊，激光焊助力城軌車輛換代升級

目前，我國以地鐵車輛為代表的城軌車輛的車體材料主要以不銹鋼為主。不銹鋼車體側墻主要采用骨架加蒙皮的結構，骨架與蒙皮之間采用搭接焊。不銹鋼車體材料不適合弧焊，目前主要采用電阻點焊技術。由于不銹鋼車體不需要涂裝，因而對車體的表面質量要求較高。電阻點焊雖有效減小了車體的焊接變形，但焊點處存在明顯的壓痕，降低了車體外觀質量。然而通過控制激光焊的工藝參數，則可以使側墻外板表面沒有焊接痕跡，大大改善了車體的焊接質量。激光焊與傳統的電弧焊和電阻焊相比，具有接速度快，生產效率高，焊縫和熱影響區窄，焊接變形小，焊接接頭強度性能高等優點，不僅提高了城軌車輛的結構強度和整體剛度，而且大大提升了車輛的舒適性、安全性和美觀性，從而為乘客營造更舒適、安全的乘坐環境。因此，在軌道交通領域對不銹鋼車體激光焊接技術的研究已受到越來越多的重視。

據韓曉輝主任介紹，中車四方緊跟市場需求，積極推廣前沿焊接技術。中車四方軌道車輛激光焊接技術的工程化應用研究工作始于2010年，歷經七年研發歷程，先后完成了復雜成形件研制、基礎試驗研究、核心部件工藝開發、激光焊縫質量評價、超聲波檢測技術開發以及不銹鋼激光焊車輛研制。2013年4月推出國內首列工業化生產的北京14號線A型激光焊地鐵列車，填補了國內空白；2015年底完成國內首輛無涂裝干線不銹鋼激光焊客車，實現了無涂裝不銹鋼車輛應用于時速200 km干線客車領域的重大突破，激光焊接技術的應用達到國際領先水平；2016年12月推出大鼓形斷面全激光焊接效果的青島地鐵11號線車輛，為國內首列B型激光焊城軌列車；后續還將陸續推出青島2號線、13號線、1號線共計千余輛激光焊車輛產品，實現激光焊接技術在軌道車輛制造業中的全面應用。

伊薩激光焊接系統在中車四方的應用

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產學研一體協作，保障激光焊接質量安全

目前中車四方已擁有意大利RTM、ESAB、德國SMC等四套激光焊接系統，建立了兩條激光焊車輛生產線。韓主任重點向記者介紹了中車四方于2016年引進的伊薩激光焊設備。他強調了該激光焊系統在焊接工藝控制方面的顯著優勢。第一，先進的自適應控制技術可以掃描坡口組對變化；掃描焊接過程中的坡口位移；在焊接中，根據坡口情況調節必要的焊接參數；檢測并保持焊接參數在焊接工藝（WPS）允許的范圍內；掃描焊縫表面的形狀和質量（可選）；改變焊接工藝以獲得所需的焊縫成形（可選）。第二，實現自適應的速度/功率控制。第三，具有激光熔深監測技術。另外，具有基于PC的實時過程控制器，可以管理所有焊接和運動子系統的運作；控制全部焊接過程，從起始到結束；在人機界面HMI上提供系統狀態更新；推送實時參數和質量數據至HMI，用以使用和歸檔；先進的自適應控制模式改變焊接過程的變量，以對應工件狀況的變化；安全管理所有系統互鎖，碰撞傳感器，故障保護和其他需要安全操作激光的設備。

在城軌車輛制造中，雖然激光焊的優勢明顯，但確保激光焊的焊接質量并不是一個簡單的問題。正如韓曉輝主任所說：“經過這幾年的應用與研究，我的體會是：激光焊接的難點與關鍵點不僅僅在于焊接本身，單件質量與裝備精度的提升，組裝方式的改進，焊后的智能化檢測都是獲得高質量產品必不可少的關鍵因素。”激光焊系統中配備的優異的工藝控制技術以及實時過程控制和熔深監測等技術為保證焊接質量奠定了堅實基礎，同時中車四方技術團隊在焊前的工藝改進、焊后的質量檢測方面所做的研究與探索，也是保證激光焊接質量的關鍵因素。

對于激光焊在城軌車輛未來的應用，韓曉輝主任提到：“目前我們用激光焊解決的是‘面子問題’，未來我們將用激光焊來解決關鍵零部件的品質問題。”我們也期待，未來能有越來越多的先進技術出現，助力我國軌道交通乃至整個制造業的快速發展。