宋洪杰　但龍

摘 要：激光焊接具有能量密度高、熱損傷小、焊縫深寬比大、焊接變形小等優(yōu)勢，焊接過程易于實(shí)現(xiàn)自動化、柔性化，可提高生產(chǎn)效率、獲得更加美觀的焊縫，廣泛應(yīng)用于工業(yè)中各個領(lǐng)域，在當(dāng)前軌道交通領(lǐng)域更是發(fā)揮不可替代的重要作用。本文對激光焊接的特點(diǎn)和軌道交通車輛常用激光焊接進(jìn)行了介紹，分析了常用激光焊接工藝及焊接過程常見問題，并提出了相關(guān)預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：軌道交通;焊接;激光焊接;焊接質(zhì)量管控

0 引言

激光焊接具有能量密度高、熱損傷小、焊縫深寬比大、焊接變形小等優(yōu)勢，焊接過程易于實(shí)現(xiàn)自動化、柔性化，可提高生產(chǎn)效率、獲得更加美觀的焊縫，廣泛應(yīng)用于工業(yè)中各個領(lǐng)域，在當(dāng)前軌道交通領(lǐng)域更是發(fā)揮不可替代的重要作用。

1 激光焊接的特點(diǎn)分析

激光焊接作為一種熱加工工藝，是利用激光束為熱源展開各項加工制造的，激光焊接和電子束等離子束相比，存在諸多差異，不同于此類一般的機(jī)械加工方式，激光焊接體現(xiàn)出了更高的優(yōu)勢特征，具有較高的應(yīng)用價值。激光束的功率密度較高，并且激光焦點(diǎn)的光斑更小，可以針對合金材料進(jìn)行焊接，由于合金材料強(qiáng)度高、熔點(diǎn)高，因此焊接要求也更為嚴(yán)格，采取激光焊接的方式能夠完成此類合金材料的焊接。激光焊接的加工過程是無接觸的，不需要損耗工具或調(diào)換工具等，實(shí)現(xiàn)了多種焊接加工需求，可以調(diào)整激光束能量以及移動速度等各項焊接指標(biāo)，完成相應(yīng)操作。激光焊接在現(xiàn)代化科技運(yùn)用下，逐漸向著自動化、智能化的方向探索和研究，體現(xiàn)了較高的自動化程度和智能化程度，實(shí)現(xiàn)了與計算機(jī)之間的連接和控制。運(yùn)用激光焊接的加工過程功效較高，焊接速度更快，對于形狀較為復(fù)雜的焊接需求也可以方便快速的完成焊接工作。激光焊接工藝下引起的材料變形小，這是因?yàn)榧す夂附拥臒嵊绊憛^(qū)范圍較小所帶來的優(yōu)勢，后續(xù)無需進(jìn)行專門的工序處理，不會導(dǎo)致材料變形。對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、處于內(nèi)部位置的工件，以及處于真空容器內(nèi)的工件，可以通過玻璃焊接的方式完成焊接工作。激光焊接的激光束聚焦性、導(dǎo)向性較強(qiáng)，能夠變換各個方向，并且和電子束加工相比，操作過程更加的簡單方便，不需要真空設(shè)備系統(tǒng)就可以完成焊接工作。激光焊接工藝下，加工出的產(chǎn)品整體質(zhì)量可靠、穩(wěn)定，并且生產(chǎn)效率較高，帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

2 軌道交通車輛常用激光焊接

2.1 激光焊原理

激光焊接按原理可分為熱傳導(dǎo)型焊接和激光深熔焊接。熱傳導(dǎo)型激光焊通過激光加熱待焊接件表面，熱量以熱傳導(dǎo)方式向內(nèi)擴(kuò)散，熔化工件并形成特定的熔池，此種焊接方式熔深淺、焊接速度較慢。激光深熔焊通過“小孔”機(jī)制完成能量轉(zhuǎn)換，高功率密度的激光使金屬汽化出現(xiàn)小孔，孔壁外液體流動和壁層表面張力與孔腔內(nèi)連續(xù)產(chǎn)生的蒸汽壓力保持動態(tài)平衡，光束不斷進(jìn)入小孔并被吸收，小孔和圍著孔壁的熔融金屬隨著光束前進(jìn)速度向前移動，熔融金屬充填著小孔移開后留下的空隙并隨之冷凝形成焊縫，此種焊接方式焊接速度快、深寬比大[1]。

2.2 軌道車輛常用激光焊

軌道交通車輛的車體制造過程中，傳統(tǒng)MAG焊接、電阻點(diǎn)焊由于焊后變形或焊痕等因素，影響了無涂裝車體的外觀質(zhì)量。激光焊接技術(shù)由于熱輸入量小，形變小等優(yōu)勢，較好的解決了上述焊接方法存在的難題，目前已廣泛應(yīng)用，包括光纖激光焊、CO2激光焊、手持式激光焊，同時還有激光復(fù)合焊等，在焊接效率、成型質(zhì)量、焊后形變等方面相較傳統(tǒng)焊接有較大優(yōu)勢。

光纖激光焊、CO2激光焊一般為龍門式焊接系統(tǒng)，設(shè)備主要配置有龍門走行機(jī)構(gòu)、激光發(fā)生器、激光焊接系統(tǒng)、壓緊裝置、電控柜、冷卻系統(tǒng)、主控面板、防護(hù)裝置等。焊接作業(yè)區(qū)設(shè)置為獨(dú)立半封閉式，確保焊接過程環(huán)境穩(wěn)定并避免激光輻射對焊接區(qū)以外的人員造成傷害。手持式激光焊結(jié)構(gòu)相對簡單，無獨(dú)立走行機(jī)構(gòu)、功率相對較小，焊接位置靈活[2]。

激光電弧復(fù)合焊接是將激光與電弧作用于同一熔池的焊接方法，電弧會影響激光誘發(fā)的蒸汽等物質(zhì)，保證激光能力的吸收，加強(qiáng)小孔的穩(wěn)定性，填充的焊絲可對焊接接頭的性能進(jìn)行調(diào)節(jié)，在提升焊接質(zhì)量、焊接速度的同時，對焊前組裝精度及待焊件表面質(zhì)量的要求顯著降低，目前已在軌道交通行業(yè)成熟應(yīng)用，后續(xù)前景廣闊。

3 激光焊接的焊接缺陷及質(zhì)量控制

激光焊缺陷包括未熔合、熔穿、裂紋、焊縫成型不連續(xù)等，與焊接質(zhì)量相關(guān)的因素較多，其中設(shè)備本身的參數(shù)主要包括激光功率、離焦量、焊接速度等，待焊件參數(shù)主要包括組裝間隙、表面質(zhì)量等，同時還有其他設(shè)備及環(huán)境因素，需在焊接前及焊接過程中進(jìn)行重點(diǎn)管控。

①激光功率：激光深熔焊接中，由于金屬汽化與激光功率的密度之間有著緊密的關(guān)系，影響著激光焊接的效果，也影響了小孔的穩(wěn)定性。在焊接前需對輸出功率的大小和穩(wěn)定性進(jìn)行校核[3];

②離焦量：離焦量是激光焦點(diǎn)距離待焊件表面的距離，對焊接質(zhì)量影響很大，以搭接焊縫舉例，離焦量設(shè)置不當(dāng)時容易出現(xiàn)熔合不良情況。應(yīng)在焊接前進(jìn)行參數(shù)驗(yàn)證，選取適當(dāng)?shù)碾x焦量進(jìn)行實(shí)物焊接;

③焊接速度：焊接速度影響線能量，進(jìn)而影響熔合質(zhì)量、變形。焊接功率相同時，焊縫熔寬及熔深隨著焊接速度的增加而減小，余高輕微減小，但焊接速度過大易導(dǎo)致焊縫成型不連續(xù);

④組裝間隙：激光焊對組裝間隙要求較高。激光焊一般不添加填充金屬，同時由于光斑小，焊縫窄，如裝配間隙過大，易導(dǎo)致光束穿過間隙無法熔化母材或產(chǎn)生咬邊、凹陷。實(shí)際焊接時可使用固定工裝對待焊件進(jìn)行約束，確保焊接過程嚴(yán)格控制間隙;

⑤焊接前設(shè)備狀態(tài)：除上述參數(shù)適應(yīng)性控制外，在焊接作業(yè)前，應(yīng)當(dāng)對焊接設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行檢測。常見狀態(tài)確認(rèn)方式有激光功率校核檢測，通過試件進(jìn)行模擬現(xiàn)車焊接，并對試件焊縫的符合性進(jìn)行檢查，包括焊縫成型質(zhì)量、焊縫機(jī)械強(qiáng)度、宏觀金相試驗(yàn)[4];

⑥其他影響因素：環(huán)境、保護(hù)氣體等要素，上述參數(shù)對激光焊接均有不同程度的影響。對編程自動焊接的設(shè)備，其走行機(jī)構(gòu)本身的空間位置也對焊接質(zhì)量有一定影響;

⑦焊接檢驗(yàn)：焊接之后的檢驗(yàn)工作也是重點(diǎn)的環(huán)節(jié)之一，焊接人員應(yīng)首先清理焊縫，再檢查整體的焊接情況，觀察焊縫表面是否存在裂紋、氣孔、咬邊、夾渣等缺陷問題，發(fā)現(xiàn)問題時及時采取相應(yīng)的解決措施。有些焊縫是需要進(jìn)行熱處理的，此時應(yīng)首先完成熱處理后，再在進(jìn)行焊接檢驗(yàn)工作。對于焊縫表面和內(nèi)部缺陷問題，應(yīng)該采取無損檢測手段展開工作，加強(qiáng)對不合格焊口的質(zhì)量管控。發(fā)現(xiàn)問題時，及時的核對部位并積極的進(jìn)行補(bǔ)救和返修，并且復(fù)檢返修焊縫，保證焊接質(zhì)量。

焊接過程中為進(jìn)一步確保焊接質(zhì)量，在條件具備的情況下可對焊接功率、熔深情況、熔合質(zhì)量等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。在焊接完成后，通過目視、無損檢測等方式對外觀及內(nèi)在熔合質(zhì)量進(jìn)行檢查，以確保最終熔合質(zhì)量。

4 結(jié)語

激光焊接技術(shù)以其焊接過程的自動化、柔性化，焊接能量密度高、深寬比大、成型美觀等優(yōu)勢，已在軌道交通行業(yè)廣泛應(yīng)用，且隨著激光復(fù)合焊接技術(shù)的不斷拓展和應(yīng)用，應(yīng)用前景將更加廣闊，激光焊設(shè)備、焊接工藝及無損檢測的研究正在向更加深入的方向邁進(jìn)，不斷提高焊接能力、焊接質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]張金娟，馬世輝，羅少國，激光焊焊接速度對SUS301L_DLT焊接接頭表面成形的影響[J].電焊機(jī)，2013（12）.

[2]王洪瀟，王春生，何廣忠，等.激光焊接技術(shù)在軌道交通車輛中的應(yīng)用[J].城市軌道交通研究，2020，v.23;No.211 （04）：93-96.

[3]彭博.不銹鋼薄板搭接激光焊縫外觀檢測及質(zhì)量評估方法研究[D].吉林：吉林大學(xué)，2019.

[4]董彥妮，張振鵬.焊接技術(shù)在軌道交通車體中應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2019，000（005）：173-174.