车顶波纹板激光焊工艺研究

2013-07-13孟宪伟火巧英戴忠晨梁连杰王未

铁路技术创新 2013年6期

关键词：南车波纹铁素体

■ 孟宪伟火巧英戴忠晨梁连杰王未

孟宪伟：南车南京浦镇车辆有限公司，助理工程师，南京江苏，210031

火巧英：南车南京浦镇车辆有限公司，工程师，南京江苏，210031

戴忠晨：南车南京浦镇车辆有限公司，高级工程师，南京江苏，210031

梁连杰：南车南京浦镇车辆有限公司，助理工程师，南京江苏，210031

王未：南车南京浦镇车辆有限公司，工程师，南京江苏，210031

1 概述

激光焊工艺在轨道交通行业的应用已崭露头角，其优越性将在后期的实际应用中得到全方位展示。以车体波纹板为例，对激光焊工艺进行介绍。

1.1 波纹板简介

轨道车辆某不锈钢项目的车顶波纹板是车顶的重要组成部分，波纹板材质为铁素体不锈钢，厚度为1 mm。激光下料后，采用激光自熔焊方法进行焊接。其部分尺寸要求高，如压型端头位置的开槽尺寸不大于60 mm，成型后间隙不大于3 m。

1.2 激光焊工艺简介

激光焊接的原理是激发电子或分子使其产生相位相同的光束，其使用设备是由光学振荡器空穴两端间的介质所组成。当介质受到激发产生至高能量状态时，经过一系列的作用形成光电串结效应，经过放大后就可以获得足够的能量从而产生激光[1]。激光焊接是一种新型的焊接方式，主要针对薄壁材料、精密零件的焊接，可实现点焊、对接焊、叠焊、密封焊等。

激光焊与其他焊接方法对比具有以下特点[2]：（1）焊缝成型质量好；（2）焊接速度高；（3）热输入量低；（4）焊接异种材料范围广；（5）焊件几何尺寸范围宽；（6）焊接接头装配要求高。

2 试验材料及方法

2.1 试验材料

试验材料为X2CrNi12（欧洲标准EN 10088），X2CrNi12是德国1995年在3Cr12基础上发展起来的超低碳、低铬经济型铁素体不锈钢，具有中等抗蚀性、适度强度、良好的耐磨性和低的维修成本[3]，其化学成分见表1，力学性能见表2。采用激光自熔焊方法焊接，焊接保护气为高纯氩气。

2.2 试验方法

（1）激光焊工艺优化。焊接试验依据ISO 13919标准进行，通过焊接件的工装夹具保证焊缝的错边量和间隙在标准可控范围内。

（2）金相和力学性能试验。分别用金相显微镜和蔡司电子显微镜对焊接接头的组织形态、焊缝成型情况进行观察和分析。焊接接头试验材料均沿垂直于焊缝方向取样，拉伸试验在SANS试验机上，按ISO 4136标准进行。弯曲试验在WE-100上，按ISO 5173标准进行。

表1 X2CrNi12化学成分（质量分数）%

表2 X2CrNi12力学性能

（3）硬度试验。焊接接头用显微硬度仪430SVD（HV10）对母材、热影响区和焊缝依据ISO 9015-1标准进行硬度试验。

3 试验结果分析

3.1 激光焊工艺参数

1 mm厚的波纹板长达3 m，焊后的平面度要求小于0.1 mm。因此，在焊接过程中控制焊接接头错边量和间隙必不可少。经工艺摸索，激光焊的焊接接头错边量控制在不大于0.1 mm（见图1，图中h表示错边量）。间隙控制在0.05 mm以下，在焊接参数选定为激光功率为1.5 kW左右、焊接速度为3.0 m/min左右、离焦量为负离焦，可得到与母材近等强度的焊缝。波纹板示意见图2。