引言:就目前焊接技术的应用来说,激光焊接技术可谓是先进焊接技术应用的代表,对轨道交通车辆地制造有着重要意义,推动着轨道交通车辆制造业的发展迈向新时代。激光焊接在轨道交通车辆中的应用有着一定的优势,比如热影响小、形状变形小、焊接速度快、焊缝熔深大等特点,并且应用于不锈钢轨道交通车辆中,可以提高焊接质量与效率,促进产品实现升级和进步,推动不锈钢轨道交通车辆实现量化生产这一发展目标。
一、部分熔透激光叠焊技术
当前,轨道交通车辆制造中所使用的材料大多为不锈钢材质,而不锈钢材料的热物理性质要求车辆焊接不能使用电弧熔化焊接。不锈钢车辆车体采用的是板梁组合与整体承载的一种全焊结构,在焊接过程中为了保持板材的强度和减少焊接变形问题,往往使用的是电阻点焊工艺。截至目前,我国不锈钢轨道交通车辆的车体也仍然多用电阻点焊结构,也就是通过组合不锈钢板外板与骨架后,再利用电阻点焊进行组装[1]。
部分熔透激光叠焊技术是将激光束直接照射在工件板上,利用工艺参数进行控制,促使激光束可以有效贯穿上板,之后在熔入下板的某一预定深度时停止,如图所示:
部分熔透激光叠焊技术保障了接头的强度,同时也避免了下板的表面变形和变色。TEM00模式连续波(CW)盘式激光器(Trudisk4002)进行不锈钢板激光焊接时,其额度功率一般为4kw,光束质量是8mm·mrad,激光波长通常在1.06μm,焦距200mm,焦点具有0.6mm的最小直径,并且采用的是氩气保护。使用时的氩气速度是30L/min,喷嘴大小为直径8mm。
二、部分熔透激光叠焊技术焊缝分析
激光焊机技术应用过程中,被焊接的材料往往在很短的时间内就会内熔和汽化,并且会快速形成焊缝、凝固,正因如此才表现出激光焊接技术与GTA焊接的显微组织的不同。部分熔透激光叠焊技术的应用,促使融化金属首先在固液界面出现结晶,之后才在熔合区内部快速生长,但是由于固液界面通常过冷度较大,熔合线晶体长大之后一般表现为与熔合线平行且垂直,像一种柱状致密体其中,柱状枝晶会向着焊缝中心生长,长大后所形成的就是等轴枝晶,并且中心温度梯度小于周围温度梯度,如图所示:
此外,部分熔透激光叠焊技术应用中,焊接热循环再结晶时中心等轴晶粒会比较细,但是形状通常比较好[2]。
三、部分熔透激光叠焊参数优化
不锈钢薄板激光叠焊接头质量的两个重要评价标准是搭接接头的剪切载荷、下板外表质量。但是,焊缝熔深与焊缝熔宽是影响这两个质量内容评价的重要参数指标。不锈钢薄板激光叠焊焊缝尺寸的大小,取决于激光的功率或者焊接时的速度,因此部分熔透激光叠焊技术的使用,务必要注意匹配合理得速度和科学的激光功率,以确保有效控制焊缝尺寸,保障不锈钢薄板激光焊接的质量,以及保证搭接接头剪切载荷、下板外表质量达优。
七个激光功率(800-1400W)水平、五个焊接速度(20-40mm/s)水平时,共计35组焊接参数剪切载荷下统计下板外表质量,如下图表所示:
看图中的数据可以得知,激光的功率与焊接的速度同时决定着搭接接头的剪切载荷和下板表面质量。
当激光焊接技术在一定的功率条件下时,焊接的速度越小,线能量越大、且熔深也大,同时还影响着下板的外表面质量;反之焊接速度变高时,线能量与熔深都会变小,且熔深有可能不足,这时的剪切强度很难得到保证。经过深度研究发现,焊接时的线能量控制在40J/mm左右的状态下,可有效确保剪切强度与下板表面质量。此外,通过综合考虑焊接速度对焊缝的影响问题,最终确定的焊接工艺参数值为:光斑直径0.6mm的基础上,激光功率100W,焊接速度30mm/s[3]。
结语:综上所述,轨道交通车辆制造中,激光焊接技术的应用主要是部分熔透激光叠焊技术,该技术减少了车辆不锈钢板处理步骤,促使生产制造提高了工作效率。与此同时,部分熔透激光叠焊工艺促进了激光焊接技术逐渐完善与健全,为我国轨道交通车辆地制造与发展创造了优异的条件。
参考文献:
[1]牛锡平.焊接技术在轨道交通车体中应用现状及发展趋势[J].科技风,2020,05:155.
[2]王洪潇,王春生,何广忠,高文文,程国利.激光焊接技术在轨道交通车辆中的应用[J].城市轨道交通研究,2020,2304:85-88.
[3]董彦妮,张振鹏.焊接技术在轨道交通车体中应用现状及发展趋势[J].科学技术创新,2019,05:173-174.