車頂波紋板激光焊工藝研究

2013-07-13 08:54:52孟憲偉火巧英戴忠晨梁連杰王未

鐵路技術創新 2013年6期

關鍵詞：不銹鋼焊縫

■ 孟憲偉火巧英戴忠晨梁連杰王未

孟憲偉：南車南京浦鎮車輛有限公司，助理工程師，南京江蘇，210031

火巧英：南車南京浦鎮車輛有限公司，工程師，南京江蘇，210031

戴忠晨：南車南京浦鎮車輛有限公司，高級工程師，南京江蘇，210031

梁連杰：南車南京浦鎮車輛有限公司，助理工程師，南京江蘇，210031

王未：南車南京浦鎮車輛有限公司，工程師，南京江蘇，210031

1 概述

激光焊工藝在軌道交通行業的應用已嶄露頭角，其優越性將在后期的實際應用中得到全方位展示。以車體波紋板為例，對激光焊工藝進行介紹。

1.1 波紋板簡介

軌道車輛某不銹鋼項目的車頂波紋板是車頂的重要組成部分，波紋板材質為鐵素體不銹鋼，厚度為1 mm。激光下料后，采用激光自熔焊方法進行焊接。其部分尺寸要求高，如壓型端頭位置的開槽尺寸不大于60 mm，成型后間隙不大于3 m。

1.2 激光焊工藝簡介

激光焊接的原理是激發電子或分子使其產生相位相同的光束，其使用設備是由光學振蕩器空穴兩端間的介質所組成。當介質受到激發產生至高能量狀態時，經過一系列的作用形成光電串結效應，經過放大后就可以獲得足夠的能量從而產生激光[1]。激光焊接是一種新型的焊接方式，主要針對薄壁材料、精密零件的焊接，可實現點焊、對接焊、疊焊、密封焊等。

激光焊與其他焊接方法對比具有以下特點[2]：（1）焊縫成型質量好；（2）焊接速度高；（3）熱輸入量低；（4）焊接異種材料范圍廣；（5）焊件幾何尺寸范圍寬；（6）焊接接頭裝配要求高。

2 試驗材料及方法

2.1 試驗材料

試驗材料為X2CrNi12（歐洲標準EN 10088），X2CrNi12是德國1995年在3Cr12基礎上發展起來的超低碳、低鉻經濟型鐵素體不銹鋼，具有中等抗蝕性、適度強度、良好的耐磨性和低的維修成本[3]，其化學成分見表1，力學性能見表2。采用激光自熔焊方法焊接，焊接保護氣為高純氬氣。

2.2 試驗方法

（1）激光焊工藝優化。焊接試驗依據ISO 13919標準進行，通過焊接件的工裝夾具保證焊縫的錯邊量和間隙在標準可控范圍內。

（2）金相和力學性能試驗。分別用金相顯微鏡和蔡司電子顯微鏡對焊接接頭的組織形態、焊縫成型情況進行觀察和分析。焊接接頭試驗材料均沿垂直于焊縫方向取樣，拉伸試驗在SANS試驗機上，按ISO 4136標準進行。彎曲試驗在WE-100上，按ISO 5173標準進行。

表1 X2CrNi12化學成分（質量分數）%

表2 X2CrNi12力學性能

（3）硬度試驗。焊接接頭用顯微硬度儀430SVD（HV10）對母材、熱影響區和焊縫依據ISO 9015-1標準進行硬度試驗。

3 試驗結果分析

3.1 激光焊工藝參數

1 mm厚的波紋板長達3 m，焊后的平面度要求小于0.1 mm。因此，在焊接過程中控制焊接接頭錯邊量和間隙必不可少。經工藝摸索，激光焊的焊接接頭錯邊量控制在不大于0.1 mm（見圖1，圖中h表示錯邊量）。間隙控制在0.05 mm以下，在焊接參數選定為激光功率為1.5 kW左右、焊接速度為3.0 m/min左右、離焦量為負離焦，可得到與母材近等強度的焊縫。波紋板示意見圖2。