薄板無孔MAG塞焊在不銹鋼地鐵車體上的應用

廖榮啟 姜楠 賈君

摘 要：為解決高強度不銹鋼地鐵車體，底架1.0mm厚波紋地板部分點焊焊點用點焊設備無法焊接的問題，開創性的提出了薄板無孔MAG塞焊在不銹鋼地體車體底架波紋地板焊接上的應用，并分析了制造過程中薄板無孔MAG塞焊的焊接工藝特點及合理性。

關鍵詞：薄板無孔MAG塞焊;不銹鋼地鐵車輛;車體底架波紋地板;焊接工藝;高強度不銹鋼車體;MAG焊接

中圖分類號：TG457.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）09-0060-01

0 引言

在各種形式的城市軌道交通車輛中，城市軌道不銹鋼車體客車以其運行單位能耗低、車體維護成本低、運行綜合成本低、符合可持續發展戰略要求的優勢成為城市軌道交通車輛裝備的首選。2017年，中國中車大連機車車輛有限公司中標印度那格浦爾高強度不銹鋼A型客車，車體靜強度要求抗拉120噸，抗壓160噸，車體靜強度要求是國內通用B型不銹鋼車體客車車體靜強度的兩倍，設計師為滿足車體強度的要求，將底架波紋地板的厚度由B型不銹鋼車體0.6mm提高到1.0mm，原有焊接0.6mm厚度的不銹鋼波紋地板的電鉚焊焊接工藝不能滿足1.0mm厚度的不銹鋼波紋地板的焊接工藝要求，只能采用電阻點焊的工藝來解決1.0mm厚度的不銹鋼波紋地板的焊接，由于底架設計結構和電阻點焊的工藝特點，還是有部分焊點無法滿足點焊焊接工藝要求，為滿足設計焊接強度要求， 開創性的提出了薄板無孔MAG塞焊在不銹鋼地體車體上的應用。

1 不銹鋼車體結構、材料特點及鋼結構連接方式

不銹鋼車體主要由底架、側墻、頂棚、端墻及司機室組成，采用板梁組成薄板筒體結構整體承載。其中底架前后端部結構均采用碳鋼材料Q345-A，材料厚度4～16mm，其他部位均采用不銹鋼材料SUS301L和SUS304，材料厚度1～6mm。SUS 301L和SUS304均為奧氏體不銹鋼，其熱膨脹系數是碳鋼的1.5倍;熱傳導率僅為碳鋼的三分之一;電阻率大是碳鋼的5倍。根據不銹鋼車體結構及材料特點，車體鋼結構連接以電阻點焊為主，電弧弧焊為輔，少部分部件采用鉚接和粘接，對于某些對平面度及表面質量要求高的部件，如側墻，則可以采用蒙皮外表面墊銅排的單面雙點的點焊方式來解決。如果是搭接焊縫和對接焊縫且對密封性、平面度有要求只能采用弧焊來解決，由于奧氏體不銹鋼導熱率低、線膨脹系數大的特殊物理特性，在進行弧焊時要求采用對母材熱輸入量小的焊接工藝，來減小焊接變形，如脈沖MAG焊接、脈沖TIG、激光焊和等離子焊接等，能較好的控制建校車焊接變形陸續被應用到不銹鋼車體制造中來。

2 不銹鋼車體底架波紋地板薄板無孔MAG塞焊工藝技術研究

2.1 無孔塞焊的定義

在兩個搭接的焊接工件上，兩個焊接工件都不需要開塞焊孔，直接用電弧焊直接在需要塞焊的位置上進行焊接，形成焊接接頭的焊接工藝方法;區別與傳統意義上的塞焊，傳統意義上的塞焊需要在搭接的兩個工件上，其中一個開出一定直徑的圓孔，然后在工件圓孔上進行弧焊焊接并將圓孔用焊接填充材料填滿的焊接工藝方法。

2.2 試驗材料及設備

試板材料采用120mm×40mm×1mm 材質SUS301L-MT和120mm×40mm×2mm材質SUS301L-ST;無孔塞焊在兩種材料的搭接中心進行，搭接長度為30mm，在1mm板的上表面進行焊接;采用Fronius（福尼斯）焊機，型號：TransPuls Synergic 3200;焊接氣體98%Ar+2%O2。

2.3 試驗方法

選取120mm×40mm×1mm材質SUS301L-MT不銹鋼試件+120mm×40mm×2mm材質SUS301L-ST不銹鋼試件搭接長度為30mm，在搭接中心進行盲孔塞焊，對焊接接頭進行工藝研究。用工業擦拭紙蘸丙酮溶液將焊接試板表面擦拭干凈，去除表面油污和灰塵等表面附著物，然后采用專用夾具將搭接長度為30mm兩塊試板固定，根據選定的參數焊接電流200A，焊接時間5s，在1mm板的上表面進行焊接。

2.4 試驗結果及分析

（1）外觀檢測及無損探傷。按照標準ISO17637《焊縫無損檢測--熔焊接頭目視檢測》對焊接接頭進行目視檢測，接頭成型良好，表面沒有凹坑和裂紋缺陷，2mm試件背面光滑，沒有熔透現象。（2）焊接接頭拉伸實驗。參照標準JISZ3140《點焊焊接區的檢驗方法》測試薄板無孔塞焊焊接接頭的抗拉強度，所有拉伸試樣在拉伸試驗過程中均斷在母材處，最小拉伸剪切載荷為9400N，均高于標準要求的8581.25N。說明薄板無孔塞焊接頭的焊接質量可以滿足同等板厚的點焊最小拉伸剪切載荷的標準。（3）焊接接頭熔核直徑檢驗。參照標準JISZ3139《接頭的斷面試驗方法》切取通過焊接接頭中心的斷面，再經研磨及腐蝕后，檢查其熔核直徑，2mm試件的最小熔核直徑為7.6mm，均大于標準的最高標準要求A級的平均值直徑7.1mm，說明薄板盲孔塞焊接頭的焊接質量可以滿足同等板厚的點焊最小直徑要求。

3 薄板無孔MAG塞焊工藝的應用

薄板盲無孔MAG塞焊與點焊相比操作簡單、加緊裝置簡單、設備價格相對便宜且不需要液壓或氣壓裝置來將壓力加在點焊的焊接電極上，用無孔MAG塞焊的焊接接頭機械性能完全符合點焊機械性能要求甚至超過了同等點焊焊接接頭的各項性能指標。很好的解決了底架1.0mm波紋地板部分點焊用點焊設備無法焊接的技術難題，并且將焊接變形控制在技術條件要求范圍內。唯一的缺點是焊接后會在波紋地板上留下焊接余高，由于焊接余高不影響下道工序鋁蜂窩地板的安裝，不需要進行打磨。結合薄板無孔MAG塞焊的工藝特點總結出薄板盲孔MAG塞焊在不銹鋼地鐵車輛上的應用特點。

高強度不銹鋼地鐵車體底架主要由底架前后端部、枕梁、邊梁、主橫梁、波紋地板裝配和底架反面小件安裝組成的箱型框架結構。

波紋地板與底架各部件的連接可以用三種工藝方法解決：

第一種工藝方法：電阻點焊的工藝方法，主要點焊焊接波紋地板與主橫梁、枕梁、前后端部小橫梁及牽引梁相接觸的部分。特點是這些接觸部分可以進行硬性的支撐，單面雙點電阻焊設備可以將壓力加載在焊接工件上。

第二種工藝方法：電弧焊的工藝方法，主要焊接波紋地板端頭與立板條需要連接密封的部分，焊接主要焊接在波紋地板的波峰處和波谷處，其余部分用密封膠進行密封。

第三種工藝方法：薄板無孔MAG塞焊的工藝方法，主要焊接波紋地板與連接板、墊板需要搭接焊接的部分，特點是波紋地板與連接板、墊板需要搭接部分下面是懸空的，支撐難度大，操作困難，無法滿足單面雙點電阻的焊接工藝要求，用薄板無孔MAG塞焊的工藝方法很好的解決了這一難題。

應用以上三種焊接工藝應用解決了底架波紋地板與底架的連接，尤其是薄板無孔MAG塞焊工藝方法的應用，很好的解決了底架1.0mm厚波紋地板與連接板和墊板點焊設備無法焊接的問題，開創性的提出了薄板無孔MAG塞焊在不銹鋼地體車體底架波紋地板焊接上的應用，不用在塞焊板上進行鉆孔，簡化了生產工序，節約了工時，簡化了工裝的設計，節約了工裝的制造費用，且取得了良好焊接的效果。

4 結語

通過薄板無孔MAG塞焊在不銹鋼地鐵車體上的實際應用，我們得出一下結論：（1）薄板無孔MAG塞焊在滿足焊接接頭強度要求的前提下，簡化了工裝的設計，節約了工裝的制造費用，操作簡單方便，且取得了良好焊接的效果。（2）薄板無孔MAG塞焊應用，減少了鉆孔工序，簡化了生產工序，節約了工時，人力物力，焊接接頭強度滿足點焊接頭的所有技術指標。（3）通過薄板無孔MAG塞焊在不銹鋼地鐵車體底架波紋地板上的實際應用，掌握基本的不銹鋼薄板無孔MAG塞焊的焊接工藝，為不銹鋼薄板無孔MAG塞焊在不銹鋼車體上的推廣應用打下基礎。

參考文獻

[1] 中國機械工程學會焊接學會.焊接手冊.機械工業出版社，2016.

[2] 周浩森.焊接結構設計手冊[M].北京機械工業出版社，1990.

[3] 張洪延.電阻焊：基礎與應用（第二版）.科學出版社，2017.