軌道車輛碳鋼焊接應用現狀分析

摘 要：軌道交通行業的大力發展對于國家經濟繁榮的重要性不言而喻，近些年來軌道車輛的碳鋼材料的應用大大提高了其性能。本文對軌道車輛的焊接應用現狀進行了研究，對碳鋼材料的焊接工藝進行了總結，并從當前的焊接材料、焊條材料以及碳鋼涂層材料等三個方面在軌道車輛的碳鋼焊接中應用現狀進行了分析，最后指出了軌道車輛碳鋼焊接技術的碳鋼焊接工藝不斷提高及碳鋼涂層材料的革新的兩方面的未來發展趨勢。本文的研究內容對于軌道車輛碳鋼材料的焊接應用具有一定的參考意義。

關鍵詞：軌道車輛;碳鋼焊接;工藝;應用現狀

0 引言

軌道交通行業的大力發展對于促進國家經濟的重要性不言而喻，近些年來隨著國家生產制造業水平的不斷提升，軌道交通車輛的生產制造技術也在不斷革新，特別是碳鋼材料由于其擁有良好的焊接特性和完美的材料成型性在軌道車輛的生產制造上得到了很大的應用，碳鋼材料的研究也受到了研究者們的廣泛的關注。本文將結合碳鋼材料的特點，對碳鋼焊接在軌道車輛的應用現狀進行分析，并對其未來的發展前景展開探索，研究內容對于提升軌道車輛的碳鋼焊接的應用具有一定的參考意義。

1 碳鋼材料焊接工藝概述

隨著社會工業化進程的不斷推進，金屬材料加工工藝也在不斷發展。近些年來，碳鋼金屬材料由于其具備工藝性強、價格低廉的優勢被廣泛應用。所謂碳鋼材料，通常是指含碳量比較低的鐵和碳的復合材料，通常在碳鋼金屬材料里面，碳的含量一般在0.0218%～2.11%之間。對于碳鋼合金而言，一般來說，含碳量越高，碳鋼材料的硬度、強度則越高，材料的塑性則越低。但是對于碳鋼焊接工藝而言，如果含碳量越高，由于碳含量比較高的鋼會在高溫的焊接環境中被淬硬的原因，會造成碳鋼材料的焊接性變差，甚至由于淬硬而引起焊接裂紋。因此對于不同碳含量的碳鋼材料而言應根據碳含量的高低采取不同的焊接工藝。

2 軌道車輛碳鋼焊接應用現狀分析

近些年來，隨著碳鋼材料在軌道車輛的生產制造工藝中的廣泛采用，碳鋼材料的良好性能受到認可。為適應軌道車輛行業的發展，提高碳鋼材料的性能及改善碳鋼金屬材料的焊接特性已經成為碳鋼材料的研究重點。

2.1 碳鋼金屬材料的焊接現狀

對于碳鋼金屬材料而言，一般可以分為低碳鋼（碳含量小于）、中碳鋼和高碳鋼（碳含量高于0.6%）。對于低碳鋼的焊接而言，一般采用的焊縫的金屬材料的碳含量要低于母材的碳含量，焊條多采用Q235。對于中碳鋼而言，由于其含碳量相對較高，因此其焊接性能比低碳鋼的焊接性能相對差一些，在焊接的過程中容易產生裂縫，因此在焊接中碳鋼時應該盡量選擇抗裂性更好的材料進行焊接，避免焊接過程中裂紋的出現。中碳鋼的焊接時一般采用比焊接母材低一級的低氫型焊條進行焊接。對于高碳鋼而言，由于其含碳量更高，焊接過程中容易產生又硬又脆的高碳馬氏體，焊接裂紋出現的概率大大增加。在進行高碳鋼的焊接時，應根據需求選取不同的焊條。焊接強度要求比較高時，可選用E7015或E6015焊條進行焊接;當焊接強度要求較低時，可選用E309～15或者E309～16焊條進行焊接。

2.2 軌道車輛碳鋼焊接應用現狀分析

對于發達國家而言，一般采用高強度的鋼用于軌道車輛的生產制造。如美國的軌道車輛通常采用的鋼強度一般不低于345MPa，俄羅斯一般采用強度在400MPa～500MPa之間的高強度鋼用于軌道車輛的生產制造。對于我國軌道車輛而言，從最開始使用的A3鋼，由于碳鋼等新型材料的出現，A3鋼逐漸被Q235取代。隨著加工制造技術水平的進一步發展，在使用過程中發現Q235的抗腐蝕能力相對來說比較差，Q310、Q345逐漸將Q235進行取代。隨著軌道交通行業的大力發展，軌道車輛的材料也在不斷進行發展，金屬材料也在不斷更新換代從而滿足車輛要求。

近些年來，我國對于軌道車輛焊接應用方面的研究也取得了很大的進步，特別是在低碳鋼以及高強度的耐候鋼方面已經積累了大量的經驗及具備了一定的研究基礎。在焊絲的選用方面，發現對于剛強度的耐候鋼而言，ER50-G、ER55-G、E4303及ER50-6等焊接材料具備良好的性能，在目前的軌道車輛的焊接過程中被廣泛采用。對于焊接性能而言，焊接材料特性毋庸置疑是比較重要的，焊接工藝也同樣重要，焊接工藝在某種程度上來講可以制約軌道車輛的生產制造水平。目前在焊接過程中通常選用GMAW的焊接方法來保證焊接過程中電弧穩定性，從而保證軌道車輛的焊接性能。隨著焊接技術的不斷革新發展，碳鋼激光焊接方法目前是世界上最新的一種焊接方法，但我國在這一方面的研究還相對比較落后，對于碳鋼激光焊的研究還需進一步深入。

此外，由于軌道車輛等碳鋼金屬材料長時間的處于外部裸露環境中，會不可避免的出現腐蝕現象，嚴重情況下可能威脅軌道車輛的正常行駛安全。為了防止碳鋼腐蝕，一般需要進行碳鋼涂層處理。目前常用的涂層材料有導電聚合物、金屬涂鍍層、電沉積復合鍍層、屏蔽型聚合物及智能涂層等[6]，涂層材料的使用，大大提高了碳鋼材料的抗腐蝕性能，從而提高軌道車輛的運行安全性。

3軌道車輛碳鋼焊接技術未來發展趨勢分析

軌道交通是社會經濟發展的重要基礎，隨著軌道交通行業大力發展，不斷要求軌道車輛的性能得到提高，軌道車輛的焊接技術的要求也越來越高，未來軌道車輛的焊接技術的發展趨勢體現在以下幾個方面：

（1）碳鋼焊接工藝不斷提高：為了適應軌道車輛不斷發展的技術要求，焊接工藝必須進行技術革新。主要包括兩方面，第一首先是對于焊接材料而言，強度高、質量輕、剛性好、工藝性強的碳鋼材料是未來的發展趨勢。另一方面，焊接技術應進一步革新從而盡可能地減少焊接過程中焊接熱量的影響范圍，避免焊接裂紋的出現。

（2）碳鋼涂層材料的革新：涂層材料的使用對于提高軌道車輛等碳鋼材料的使用壽命而言具有重要意義。對于碳鋼涂層材料而言，應該大力開發研究成本低、綠色環保、加工工藝簡單的涂層材料。

4總結

本文總結了碳鋼材料的焊接工藝，并對當前軌道車輛的碳鋼焊接中的焊接材料、焊條材料以及碳鋼涂層材料等方面的應用現狀進行了分析，并指出了軌道車輛碳鋼焊接技術的碳鋼焊接工藝不斷提高及碳鋼涂層材料的革新的兩方面的未來發展趨勢。

參考文獻：

[1]范東宇，劉春寧，茍國慶.軌道列車碳鋼焊接研究現狀[J].電焊機，2018，48（03）：211-215.

[2]張宇，魏培欣，薛海峰，等.淺談丁倩基橡膠在軌道交通車輛碳鋼枕梁防腐上的應用[J].哈爾濱鐵道科技，2015（03）：33+35.

[3]文超，王浩，高紅梅，等.中碳鋼疲勞壽命的估算方法研究[J].機械設計與制造，2019（08）：73-75.

[4]田國才，袁楷濤. 鹽酸介質中咪唑離子液體對碳鋼緩蝕作用的機理研究[J].昆明理工大學學報（自然科學版），2018，43（04）：9-19.

[5]王金生，黃江中，周喜成，等.碳鋼管線全自動氬弧焊工藝[J].工藝與新技術，2020，49（04）：43-45.

作者簡介：

龔世勇（1987.2-），性別：男，民族：漢，籍貫：重慶潼南，學歷：大專，就職單位：中國中車成都機車車輛有限公司，職稱：電焊工技師，從事工作：軌道交通碳鋼配件焊接.