軌道客車不銹鋼車體焊接工藝分析

郭世彬　宋朋　孟繁祎

摘要 對于整個軌道車輛來講，不同的車輛所使用的車體的材料都各不相同，所以在軌道客車的類型當(dāng)中可以分成這幾種，分別是碳鋼車、鋁合金車以及不銹鋼車?；诖耍疚膹能壍揽蛙嚥讳P鋼車體材料、焊接技術(shù)、組裝工藝等方面，對不銹鋼車體的焊接工藝特點進行詳細的分析，本文圍繞鐵路客車以及城軌客車的不銹鋼車體的制造過程分析焊接工藝技術(shù)在軌道交通行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，為行業(yè)焊接技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供思路和方向。

關(guān)鍵詞：軌道客車;不銹鋼車體;焊接工藝;傳統(tǒng)電弧焊;電阻電焊

Analysis on Welding Process of Stainless Steel Body in Rail Bus

GUO Shibin SONG Peng MENG Fanyi

（1.CRRC Sifang Co.， Ltd.， Qingdao， Shandong Province， 266111 China; 2. Dalian Jiaotong University， Dalian， Liaoning Province， 116028 China）

Abstract： For the entire rail vehicle， the body materials used by different vehicles are different， so the types of rail passenger cars can be divided into these types， namely carbon steel cars， aluminum alloy cars and stainless steel cars. Based on this， this article analyzes the welding process characteristics of stainless steel car bodies in detail from the aspects of rail passenger car stainless steel car body materials， welding technology， assembly technology， etc. This article focuses on the manufacturing process of stainless steel car bodies of railway passenger cars and urban rail passenger cars. The application status and development trend of process technology in the rail transit industry provide ideas and directions for the development and application of welding technology in the industry

Key Words： Rail bus; Stainless steel car body; Welding technology; Traditional arc welding; Resistance welding

中圖分類號：U263.6 文獻標(biāo)識碼：U

1 軌道客車的車體材料

現(xiàn)階段軌道車輛車體最常用的材料是碳鋼、鋁合金以及不銹鋼材質(zhì)。相較于前兩種材料來講，不銹鋼材料具有強度高，耐腐蝕性能好，安全性高，壽命周期長的特點^[1]?，F(xiàn)階段，奧氏體不銹鋼扔是國內(nèi)外城軌車輛車體制造的主要材料。

2 軌道客車車體焊接方法

2.1電弧焊

不銹鋼和碳鋼的熱物理性能相比較來講，線膨脹系數(shù)比碳鋼更大，占比數(shù)據(jù)在40%左右，而它的熱導(dǎo)率卻比碳鋼低，只有碳鋼的33%。正是由于這樣的物理性能，導(dǎo)致不銹鋼車體在采用傳統(tǒng)電弧焊焊接時，如果線能量大或者焊接速度慢，就會產(chǎn)生很大的焊接變形。同時不銹鋼焊接容易出現(xiàn)晶間腐蝕問題，降低晶間的結(jié)合強度。在焊接過程中由于殘留著較大的應(yīng)力，也會使焊縫出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，并且在焊縫和熱影響區(qū)附近還可能出現(xiàn)脆化現(xiàn)象^[2]。

2.2電阻點焊

奧氏體不銹鋼的電阻點焊工藝性較好，城軌車輛車體底架、側(cè)墻、車頂、端墻等主要結(jié)構(gòu)大量應(yīng)用電阻點焊焊接。電阻點焊總體熱輸入相較于電弧焊要低的多，易于實現(xiàn)自動化，操作容易。由于電阻點焊焊縫是由離散型的焊點組成，導(dǎo)致車體密封性較差等。電阻點焊是目前首選的不銹鋼車體焊接方法^[3]。

3 軌道客車不銹鋼車體的特點與分類

不銹鋼車體擁有比碳鋼車體更長的使用壽命，且工藝簡單，也不需要較多的維修，具備較強的耐磨性，修復(fù)性也比較好，維修成本也比較低，使用性比較優(yōu)越。針對不銹鋼車體的組成部分來講，主要的組成部件有底架、側(cè)墻、車頂、端墻等，如圖1所示。在這些部件中，使用不銹鋼薄板的部件主要有車頂板、側(cè)墻板和底架地板，他們的厚度一般在0.8mm至2mm之間。

4.2車體組裝工藝流程分析

底架結(jié)構(gòu)通常由端部底架、邊梁，橫梁和鐵地板組成。按工序劃分，分為底架框架組焊工序、底架轉(zhuǎn)胎焊接、底架零件焊接、底架調(diào)平等工序。而底架為承載部位，不銹鋼車體底架關(guān)鍵承載結(jié)構(gòu)采用高耐候鋼和低合金高強度鋼為主要材料，其他部分使用不銹鋼材料。

側(cè)墻、端墻結(jié)構(gòu)通常由骨架、蒙皮組成，而不銹鋼車體側(cè)墻通常由多個這種結(jié)構(gòu)的側(cè)墻單元通過邊梁連接而成，骨架焊接采用電阻焊為主，電弧焊輔助完成，而骨架與蒙皮之間的焊接通常由電阻焊完成。由于側(cè)墻外觀要求較高，通常采用銅平臺作為下電極，采用上電極移動單面點焊的方式改善側(cè)墻外觀，如圖3所示。

圖3側(cè)墻單面點焊設(shè)備

車頂結(jié)構(gòu)通常由車頂骨架和車頂蒙皮組成，車頂蒙皮板按照位置不同分為側(cè)頂板和中頂板，其與車頂骨架之間采用電阻焊連接而成。不銹鋼車體車頂通常采用全不銹鋼材料設(shè)計制造。

車體總組裝一般按照底架—側(cè)墻—端墻—頂棚的順序進行，也存在個別車型有不同的組裝順序，主要取決于結(jié)構(gòu)設(shè)計的連接關(guān)系。車體總組裝中，為保證不銹鋼拉絲面外觀質(zhì)量，涉及外露部位的焊接選用電阻點焊完成，其中側(cè)墻與底架連接位置由于內(nèi)部無法觸及，所用電阻焊方式區(qū)別于其他方法，采用間接式點焊的方式，主電極采取單面點焊的方式，而副電極同底架邊梁連接形成電流回路完成焊接^[4-5]。

電阻點焊完成后要對焊點進行清洗，以去除表面焊接氧化變色。通常采用電解法去除氧化變色，并進行酸洗來恢復(fù)不銹鋼鈍化層。圖4所示為清洗前后的對比。

4.3工藝流程優(yōu)化改進建議

在不銹鋼車體生產(chǎn)中，最大的問題在于點焊過程中產(chǎn)生飛濺、燒穿等缺陷，尤其在側(cè)墻生產(chǎn)過程中，出現(xiàn)飛濺處焊點會留下非常明顯的缺陷，除影響連接強度外，還非常影響美觀，并且不易修復(fù)，如何避免出現(xiàn)飛濺、燒穿等缺陷 ^[6]，此處提出幾點建議：

1. 嚴(yán)格控制點焊組對間隙。對于電阻點焊來說，組對應(yīng)平整，不能留有間隙，間隙會導(dǎo)致產(chǎn)生較深的壓痕或產(chǎn)生焊接飛濺等缺陷。要控制組對間隙，除尺寸公差外，還要嚴(yán)格控制零件下料質(zhì)量，對于剪板的切邊，激光下料的切口這類在下料過程中殘留的缺陷，應(yīng)打磨去除。壓型、加工工序，應(yīng)嚴(yán)格檢驗零件尺寸，以保證組對間隙。

2. 嚴(yán)格控制點焊零件表面狀態(tài)。對于點焊來說，如果零件表面存在大量油污，灰塵等不易導(dǎo)電的物質(zhì)時，會造成飛濺等情況，嚴(yán)重影響點焊的質(zhì)量，所以在點焊開始前應(yīng)對工件表面油污、灰塵等予以清除，可采用機械或化學(xué)方法完成。尤其是機加工的零件，務(wù)必要做好表面油污的處理，否則都會對點焊造成影響。

3. 優(yōu)化焊接工藝參數(shù)。尤其對于多層板點焊，要注意焊接壓力與焊接電流、時間的匹配關(guān)系，選擇焊接參數(shù)也要考慮其對焊接穩(wěn)定性的影響。此外，電極帽的選擇對于電阻點焊過程的影響也十分明顯。

4. 嚴(yán)格執(zhí)行開工前試驗要求。對設(shè)備狀態(tài)的變化要予以關(guān)注，避免設(shè)備或外界其他因素影響點焊質(zhì)量。

結(jié)語

不銹鋼車體通常采用無涂裝設(shè)計，對外觀質(zhì)量要求較高，傳統(tǒng)電弧焊不能滿足外觀要求，故而大量應(yīng)用電阻點焊焊接。本文簡要對城軌不銹鋼車體組裝工藝進行了介紹，并對生產(chǎn)優(yōu)化項點進行了闡述，對城軌車輛的制造組裝有一定的參考意義^[7]。隨著焊接技術(shù)的不斷進步，會不斷有更適合不銹鋼車體生產(chǎn)的技術(shù)應(yīng)用到車體制造中去，所以要緊跟時代步伐，引領(lǐng)軌道交通裝備制造技術(shù)發(fā)展，為我國軌道交通走向全球增光添彩。

參考文獻

[1]呂安松，蘇金花，楊則云，樸東光，李文夏，韓曉輝.不銹鋼激光焊接工藝規(guī)范在軌道車輛中的應(yīng)用[J].機車電傳動，2020（05）：36-40.

[2]高鵬.不銹鋼模板在城市軌道交通施工中的應(yīng)用[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2020（14）：123-124.

[3]孫曉光，韓曉輝，王睿，李剛卿，董超芳.軌道客車不銹鋼車體電化學(xué)鈍化工藝研究[J].機車車輛工藝，2020（02）：1-5.

[4]王春生，王文權(quán)，王洪瀟，徐國成.不銹鋼軌道客車側(cè)墻激光焊接與電阻點焊數(shù)值模擬對比研究[J].電焊機，2020，50（07）：109-113+152.（碩士）

[5]Debasish Chatterjee. Metallurgical Perspective of AISI 301LN （EN 1.4318） Grade Austenitic Stainless Steel for Future Transport Applications[J]. International Research Journal of Materials Sciences and Applications，2020（3）：15-16.

[6]Michal Junek，Marie Svobodová，Ji?í Janovec，Jakub Horváth，Petr Duchá?ek. Long-term thermal degradation of narrow gap orbital welded P91 and P92 steels[J]. International Journal of Pressure Vessels and Piping，2020，（185）：73.