薄板无孔MAG塞焊在不锈钢地铁车体上的应用
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摘 要：为解决高强度不锈钢地铁车体，底架1.0mm厚波纹地板部分点焊焊点用点焊设备无法焊接的问题，开创性的提出了薄板无孔MAG塞焊在不锈钢地体车体底架波纹地板焊接上的应用，并分析了制造过程中薄板无孔MAG塞焊的焊接工艺特点及合理性。
关键词：薄板无孔MAG塞焊;不锈钢地铁车辆;车体底架波纹地板;焊接工艺;高强度不锈钢车体;MAG焊接
中图分类号：TG457.1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）09-0060-01
0 引言
在各种形式的城市轨道交通车辆中，城市轨道不锈钢车体客车以其运行单位能耗低、车体维护成本低、运行综合成本低、符合可持续发展战略要求的优势成为城市轨道交通车辆装备的首选。2017年，中国中车大连机车车辆有限公司中标印度那格浦尔高强度不锈钢A型客车，车体静强度要求抗拉120吨，抗压160吨，车体静强度要求是国内通用B型不锈钢车体客车车体静强度的两倍，设计师为满足车体强度的要求，将底架波纹地板的厚度由B型不锈钢车体0.6mm提高到1.0mm，原有焊接0.6mm厚度的不锈钢波纹地板的电铆焊焊接工艺不能满足1.0mm厚度的不锈钢波纹地板的焊接工艺要求，只能采用电阻点焊的工艺来解决1.0mm厚度的不锈钢波纹地板的焊接，由于底架设计结构和电阻点焊的工艺特点，还是有部分焊点无法满足点焊焊接工艺要求，为满足设计焊接强度要求， 开创性的提出了薄板无孔MAG塞焊在不锈钢地体车体上的应用。
1 不锈钢车体结构、材料特点及钢结构连接方式
不锈钢车体主要由底架、侧墙、顶棚、端墙及司机室组成，采用板梁组成薄板筒体结构整体承载。其中底架前后端部结构均采用碳钢材料Q345-A，材料厚度4～16mm，其他部位均采用不锈钢材料SUS301L和SUS304，材料厚度1～6mm。SUS 301L和SUS304均为奥氏体不锈钢，其热膨胀系数是碳钢的1.5倍;热传导率仅为碳钢的三分之一;电阻率大是碳钢的5倍。根据不锈钢车体结构及材料特点，车体钢结构连接以电阻点焊为主，电弧弧焊为辅，少部分部件采用铆接和粘接，对于某些对平面度及表面质量要求高的部件，如侧墙，则可以采用蒙皮外表面垫铜排的单面双点的点焊方式来解决。如果是搭接焊缝和对接焊缝且对密封性、平面度有要求只能采用弧焊来解决，由于奥氏体不锈钢导热率低、线膨胀系数大的特殊物理特性，在进行弧焊时要求采用对母材热输入量小的焊接工艺，来减小焊接变形，如脉冲MAG焊接、脉冲TIG、激光焊和等离子焊接等，能较好的控制建校车焊接变形陆续被应用到不锈钢车体制造中来。
2 不锈钢车体底架波纹地板薄板无孔MAG塞焊工艺技术研究
2.1 无孔塞焊的定义
在两个搭接的焊接工件上，两个焊接工件都不需要开塞焊孔，直接用电弧焊直接在需要塞焊的位置上进行焊接，形成焊接接头的焊接工艺方法;区别与传统意义上的塞焊，传统意义上的塞焊需要在搭接的两个工件上，其中一个开出一定直径的圆孔，然后在工件圆孔上进行弧焊焊接并将圆孔用焊接填充材料填满的焊接工艺方法。
2.2 试验材料及设备
试板材料采用120mm×40mm×1mm 材质SUS301L-MT和120mm×40mm×2mm材质SUS301L-ST;无孔塞焊在两种材料的搭接中心进行，搭接长度为30mm，在1mm板的上表面进行焊接;采用Fronius（福尼斯）焊机，型号：TransPuls Synergic 3200;焊接气体98%Ar+2%O2。
2.3 试验方法
选取120mm×40mm×1mm材质SUS301L-MT不锈钢试件+120mm×40mm×2mm材质SUS301L-ST不锈钢试件搭接长度为30mm，在搭接中心进行盲孔塞焊，对焊接接头进行工艺研究。用工业擦拭纸蘸丙酮溶液将焊接试板表面擦拭干净，去除表面油污和灰尘等表面附着物，然后采用专用夹具将搭接长度为30mm两块试板固定，根据选定的参数焊接电流200A，焊接时间5s，在1mm板的上表面进行焊接。
2.4 试验结果及分析
（1）外观检测及无损探伤。按照标准ISO17637《焊缝无损检测--熔焊接头目视检测》对焊接接头进行目视检测，接头成型良好，表面没有凹坑和裂纹缺陷，2mm试件背面光滑，没有熔透现象。（2）焊接接头拉伸实验。参照标准JISZ3140《点焊焊接区的检验方法》测试薄板无孔塞焊焊接接头的抗拉强度，所有拉伸试样在拉伸试验过程中均断在母材处，最小拉伸剪切载荷为9400N，均高于标准要求的8581.25N。说明薄板无孔塞焊接头的焊接质量可以满足同等板厚的点焊最小拉伸剪切载荷的标准。（3）焊接接头熔核直径检验。参照标准JISZ3139《接头的断面试验方法》切取通过焊接接头中心的断面，再经研磨及腐蚀后，检查其熔核直径，2mm试件的最小熔核直径为7.6mm，均大于标准的最高标准要求A级的平均值直径7.1mm，说明薄板盲孔塞焊接头的焊接质量可以满足同等板厚的点焊最小直径要求。
3 薄板无孔MAG塞焊工艺的应用
薄板盲无孔MAG塞焊与点焊相比操作简单、加紧装置简单、设备价格相对便宜且不需要液压或气压装置来将压力加在点焊的焊接电极上，用无孔MAG塞焊的焊接接头机械性能完全符合点焊机械性能要求甚至超过了同等点焊焊接接头的各项性能指标。很好的解决了底架1.0mm波纹地板部分点焊用点焊设备无法焊接的技术难题，并且将焊接变形控制在技术条件要求范围内。唯一的缺点是焊接后会在波纹地板上留下焊接余高，由于焊接余高不影响下道工序铝蜂窝地板的安装，不需要进行打磨。结合薄板无孔MAG塞焊的工艺特点总结出薄板盲孔MAG塞焊在不锈钢地铁车辆上的应用特点。
高强度不锈钢地铁车体底架主要由底架前后端部、枕梁、边梁、主横梁、波纹地板装配和底架反面小件安装组成的箱型框架结构。
波纹地板与底架各部件的連接可以用三种工艺方法解决：
第一种工艺方法：电阻点焊的工艺方法，主要点焊焊接波纹地板与主横梁、枕梁、前后端部小横梁及牵引梁相接触的部分。特点是这些接触部分可以进行硬性的支撑，单面双点电阻焊设备可以将压力加载在焊接工件上。
第二种工艺方法：电弧焊的工艺方法，主要焊接波纹地板端头与立板条需要连接密封的部分，焊接主要焊接在波纹地板的波峰处和波谷处，其余部分用密封胶进行密封。
第三种工艺方法：薄板无孔MAG塞焊的工艺方法，主要焊接波纹地板与连接板、垫板需要搭接焊接的部分，特点是波纹地板与连接板、垫板需要搭接部分下面是悬空的，支撑难度大，操作困难，无法满足单面双点电阻的焊接工艺要求，用薄板无孔MAG塞焊的工艺方法很好的解决了这一难题。
应用以上三种焊接工艺应用解决了底架波纹地板与底架的连接，尤其是薄板无孔MAG塞焊工艺方法的应用，很好的解决了底架1.0mm厚波纹地板与连接板和垫板点焊设备无法焊接的问题，开创性的提出了薄板无孔MAG塞焊在不锈钢地体车体底架波纹地板焊接上的应用，不用在塞焊板上进行钻孔，简化了生产工序，节约了工时，简化了工装的设计，节约了工装的制造费用，且取得了良好焊接的效果。
4 结语
通过薄板无孔MAG塞焊在不锈钢地铁车体上的实际应用，我们得出一下结论：（1）薄板无孔MAG塞焊在满足焊接接头强度要求的前提下，简化了工装的设计，节约了工装的制造费用，操作简单方便，且取得了良好焊接的效果。（2）薄板无孔MAG塞焊应用，减少了钻孔工序，简化了生产工序，节约了工时，人力物力，焊接接头强度满足点焊接头的所有技术指标。（3）通过薄板无孔MAG塞焊在不锈钢地铁车体底架波纹地板上的实际应用，掌握基本的不锈钢薄板无孔MAG塞焊的焊接工艺，为不锈钢薄板无孔MAG塞焊在不锈钢车体上的推广应用打下基础。
参考文献
[1] 中国机械工程学会焊接学会.焊接手册.机械工业出版社，2016.
[2] 周浩森.焊接结构设计手册[M].北京机械工业出版社，1990.
[3] 张洪延.电阻焊：基础与应用（第二版）.科学出版社，2017.
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