不锈钢轨道车辆焊接技术应用

康丽齐

（中车长春轨道客车股份有限公司，吉林长春130062）

不锈钢轨道车辆焊接技术应用

康丽齐

（中车长春轨道客车股份有限公司，吉林长春130062）

不锈钢轨道车辆选用SUS301L系列奥氏体不锈钢材质，采用薄板焊接，对复杂的轨道车辆结构的不同结构使用不同特点的焊接工艺技术。介绍不锈钢车辆材料的特点和性能，以及电阻点焊技术、熔化极气体保护焊焊接技术、钨极氩弧焊焊接技术、螺柱焊焊接技术原理。分析不锈钢车辆的焊接工艺特点、焊接工艺规范、焊接设备特点等，研究在高强奥氏体不锈钢材料的车辆生产中的焊接工艺技术。

不锈钢；轨道车辆；焊接技术

0 前言

随着城市交通的发展，奥氏体不锈钢材料成为业主的首选材料，其抗拉强度高，在满足车辆运行过程的碰撞要求前提下，可以使用较薄的板材，降低了车辆自重，节约了能源。在车辆达到报废期时，不锈钢材料可以回收再利用。

某公司生产制造了国内多个不锈钢材质车辆，选用SUS301L系列高强不锈钢，采用多种焊接技术，使用各种焊接设备将多种焊接工艺应用于不锈钢车辆的生产上，完成车辆的焊接制造，特别是针对表面不涂装的车辆，实现了车辆外观美观的制造要求，获得业主的好评，引领了轨道车辆的发展潮流。

1 材料性能和车辆焊接工艺

轨道车辆选用SUS301L系列高强度奥氏体不锈钢作为车辆车体结构的主要材料。该材料在轧制过程中通过控制压延率可获得5种强度等级的材料，根据不同位置要求，选用不同等级。5个等级对应车辆分别为 HT、MT、DLT、ST 和 LT[1]，它们的化学成分无区别，机械性能不同。SUS301L不锈钢的电阻率高、导热性差、热敏感性强，有较高的高温强度，适合电阻点焊，并且必须采用较高的电极压力以防止产生缩孔、裂纹等缺陷。要采用强有力的内部和外部水冷却，并且准确控制加热时间和焊接电流，以防热影响区晶粒长大和出现晶间腐蚀现象。

电阻点焊后的焊点表面成形美观，焊接变形小，焊后无需修磨焊点表面，避免破坏不锈钢金属材料的表面状态，特别是表面有拉丝状态（如2B状态）板材的应用。对电阻点焊不能实现的特殊结构采用弧焊工艺，如：侧墙门框采用钨极氩弧焊，底架各种小吊与底架横梁采用熔化极气体保护焊，侧墙外表面用于挂装内装结构的螺柱采用螺柱焊。采用化学方法去除电阻点焊和弧焊产生的氧化黑色痕迹，使车辆均呈现的是不锈钢金属原有的金属色泽和纹路。

2 电阻点焊工艺技术应用[2]

2.1 电阻点焊设备

电阻点焊设备结构复杂，要求设备精度高，并且轨道车辆焊接用的点焊设备均是非标准设备，其工艺性强、价格高，大部分从国外进口。设备主要由走形系统、焊接系统、控制系统、焊接监测系统、润滑系统、冷却系统、焊钳结构、点焊电极等组成。

完成不同部位焊接的电阻点焊，设备性能均不同。以完成车顶骨架中车顶边梁与车顶弯梁点焊的设备为例，总体结构如图1所示。

图1 车顶边梁与车顶弯梁点焊设备

设备从日本引进，其主要特点为：走形系统采用单腿龙门架式，滑线方式供应电能，设备轨道83 m，布局3个工位。焊接系统是直流逆变的焊接电源，控制方式为恒电流控制，额定容量大于等于150 kVA，电流控制精度不超过标准值的±3%。系统控制器有异常现象的检验功能、显示功能和操作功能，还有显示主电源开/关等功能。焊接监测系统能够监测所有焊接参数并显示监测结果，形成数据库管理。设备冷却系统可对设备内部内部实行强制自循环冷却，包括电缆、电极等部件。润滑系统可保证各运动部件工作需要的润滑功能。

2.2 电阻点焊工艺

电阻点焊的接头形式均是搭接接头，接头间隙0～0.3 mm。其为焊接过程中依靠搭接母材自熔形成的焊接，所以不需要填充金属。为了实现点焊，需要不同规格、型号的辅助材料。焊接参数主要包括电极压力、焊接电流、焊接时间（周波），每种搭接形式和对应的焊接设备均需要单独的WPS文件。

车顶边梁与车顶弯梁点焊的工艺参数如表1所示，其中车顶边梁和车顶弯梁材料均是1.5 mm厚的HT。

表1 点焊试验参数

3 熔化极气体保护焊技术应用[3]

不锈钢材质车辆材料较薄，热传导性差，熔化极焊接过程中需要控制对母材的热输入，焊接采用直流反接特性。在Ar中加入少量的氧气，两者比例为Ar∶O2=97%∶3%。不锈钢金属熔化后液体金属粘度大，表面张力大，易产生气孔，在氩气中添加一定比例的氧气，有效地控制了气孔的产生。

3.1 焊接设备

焊接设备一般由焊接电源、送丝机（附带焊丝盘保护罩）、焊枪、气体流量调节器等主要部件组成。

不锈钢材质车辆中底架主横梁和安装吊板采用MAG焊，焊机从日本OTC公司引进。不锈钢车辆板材是薄板，焊丝直径1.0 mm，通过改变导电嘴、调整送丝轮等装置使设备具有可使用直径1.0 mm和直径1.2 mm焊丝调整的功能。设备具有存储焊接规范功能，能够随时调用已调整好的焊接规范；电弧调节装置可实现电弧特性从“软”到“硬”的自由调节；能精确设定电流和电压，电流精确到1 A，电压精确到0.1 V；随机带气体流量调节器额定气体流量大于等于25 L/min；具备设置提前供气时间、收弧时间以及滞后供气时间的功能，保证焊缝起弧处和收弧处的焊接质量。100%负载持续率时的焊接电流大于等于360 A。

3.2 MAG焊焊接工艺

不锈钢车辆底架主横梁和安装吊板的MAG焊工艺参数如表2所示。底架主横材料为4.0 mm厚的DLT，吊板材料为4.0 mm厚的ST，接头为4.0DLT+4.0ST。焊接形式为角接PB形式。根部间隙0～0.5mm，保护气体采用 φ（Ar）97%+φ（O2）3%二元气体，气体流量 15～18 L/min。

表2 MAG焊接参数

4 钨极氩弧焊焊接技术应用[4]

4.1 焊接设备

钨极氩弧焊设备由焊接电源、焊枪、保护气体供应系统、冷却水循环装置、焊接控制系统、氩气流量调节器组成。焊枪的冷却方式为水冷，设备额定焊接电流300 A，适用电极直径1.2～3.2 mm，额定负载持续率大于40%。设备具有提前送气、滞后送气时间可调的功能，可控制收弧电流。

4.2 焊接工艺

在不锈钢车辆中，车门组成为4 mm厚的LT材料，采用TIG焊。焊接形式为对接PA，根部间隙1～2 mm，保护气体为纯度99.99%Ar，气体流量10～15 L/min，焊接参数如表3所示。

表3 TIG焊接参数

5 螺柱焊焊接技术应用[5]

5.1 焊接设备

采用短周期拉弧螺柱焊，设备由焊接电源、焊枪、控制单元、接地线、夹钳等组成。

5.2 螺柱焊焊接工艺

在不锈钢车辆中，采用螺柱焊焊接侧墙下边梁位置的侧墙墙板外侧面直径为8 mm的螺柱，焊接前侧墙外表面清洁干净，否则会影响焊接质量。焊接参数如表4所示，预引弧电流可调整范围较小（40～50 A），预引弧时间 40～100 ms。

表4 螺柱焊焊接参数

6 结论

（1）表面不涂装不锈钢车辆的生产中，电阻点焊是最佳焊接方式，在产品结构上能够实现电阻点焊的结构均以电阻点焊为主要焊接工艺，以减少焊接变形，焊后成形美观。

（2）对结构复杂、电阻点焊不能实现的部位，可采用MAG和TIG焊接工艺，焊后及时水冷焊缝，防止焊接变形和热裂纹产生。

（3）对表面安装外挂件的螺柱，采用螺柱焊工艺，能实现装配安装外挂件的安装要求。

[1]康丽齐，于菲.电阻点焊电极头形式对高强不锈钢焊点强度影响的试验研究[J].工程机械，2014，45（2）：56-59.

[2]IWE-1/1.19国际焊接工程师培训教程电阻焊[M].哈尔滨：哈尔滨焊接培训技术培训中心，2006：3-6.

[3]IWE-1/1.15国际焊接工程师培训教程MIG/MAG焊[M].哈尔滨：哈尔滨焊接培训技术培训中心，2006：1-5.

[4]IWE-1/1.13国际焊接工程师培训教程钨极氩弧焊[M].哈尔滨：哈尔滨焊接培训技术培训中心，2006：1-6.

[5]王涛，兰海婷，张雪峰，等.浅析螺柱焊工艺在轨道车辆不锈钢车体上的应用[J].工程技术，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

本文参考文献引用格式：康丽齐.不锈钢轨道车辆焊接技术应用[J].电焊机，2017，47（10）：86-88.

2017-06-21

康丽齐（1971—），女，教授级工程师，学士，主要从事铁路不锈钢车辆、碳钢车辆制造工艺研究工作。E-mail：kangliqi@cccar.com.cn。