1.3.1 焊接技术应用概况

焊接是金属连接最重要的方式，焊接作业占轨道车辆车体、转向架工作总量的80%以上。焊接技术水平代表了轨道车辆的制造水平，关系到车辆产品质量和运行安全。目前已形成涵盖三类主要材料，以电弧焊、电阻焊、激光焊、搅拌摩擦焊、螺柱焊、钎焊等多种焊接方法综合运用的现代焊接体系（见图1-18），涵盖手工、半自动、自动三种焊接形式。不锈钢客车车体采用板梁搭接结构，因不锈钢线胀系数高、变形大，采用以电阻焊为主，电弧MAG焊结合的工艺模式，激光焊、等离子弧焊、CMT焊是应用趋势。铝合金客车车体采用型材插接结构，以电弧MIG焊为主、电阻焊为辅的工艺模式，搅拌摩擦焊、激光-电弧复合焊是应用趋势。碳素钢构架和车体底架焊接以中厚板拼焊为主，具有焊接打磨量大、多层焊接的特点，采用电弧MAG焊的工艺模式，双丝焊、激光-电弧复合焊是应用趋势。

焊接作为特殊工序，质量控制因素复杂，依据EN 15085—2008及美标CWF等世界先进焊接体系标准，焊接涉及人、机、料、法、环、测6大类80余项管控要素，为了控制产品焊接质量，化解质量风险，需不断完善焊接质量管理体系，通过规范体系运行的流程、环节，细化每一环节的质量管控要求，确保产品焊接制造全过程、全要素的符合性，保障产品质量安全。

1.电弧焊应用

利用电弧作为热源的熔化焊方法，简称电弧焊。根据电源、送丝机构、焊枪、保护气体的不同，衍生出电弧MIG焊、电弧MAG焊、CMT焊、双丝焊及等离子弧焊等焊接方法。根据焊接电极的熔化状态，将气体保护焊分为熔化极惰性气体保护焊、熔化极活性气体保护焊及钨极惰性气体保护焊，目前电弧焊的使用比例为：铝合金车体80%、不锈钢车体20%、碳素钢车体及构架100%，因此，电弧焊以其作业方式灵活、工艺适应性强，是目前应用最广的焊接方式，图1-19所示为电弧焊在现场中的应用实例。

弧焊电源本身除了提供基本的焊接能量以外，还能对电弧电压、焊接电流、气体流量、送丝速度等参数进行控制，目前，客车多采用脉冲数字化焊机，实现了对焊丝熔化及熔滴过渡的精细化控制，改善了电弧稳定性。客车常用电弧焊设备如图1-20所示。

2.电阻焊应用

电阻焊是将被焊工件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法。电阻焊具有焊接变形小、成本低、自动化程度高、污染小的特点。电阻焊在不锈钢车体上应用广泛，每辆车焊点数量2万~3万个，缝焊长度约120m。电阻焊在铝合金车体也有少量应用，约占5%。

电阻点焊在车体结构上的应用非常广泛，例如，铝合金动车端墙点焊，不锈钢车体车顶、侧墙、端墙点焊等。电阻焊设备如图1-21所示。

3.螺柱焊应用

螺柱焊是将螺柱一端与板件表面接触并通电引弧，待接触面熔化后，给螺柱一定压力完成焊接的方法。螺柱焊是一种加压熔焊，具有弧焊和压力焊的双重属性特征。螺柱焊所用设备及焊接过程如图1-22 所示。

4.激光焊应用

激光焊是以聚焦的激光束作为能源轰击焊件所产生的热量进行焊接的方法。激光焊分为热传导焊和深熔焊，其具有能量密度高、焊接变形小、接头强度高、可实现全自动连续焊接的工程特点。当前主要用于不锈钢车辆的焊接，据不完全统计，国内运营的激光焊车辆1000余辆，订单已逾2000余辆，市场前景广阔。采用激光焊的地铁车辆及干线客车如图1-23 所示。

5.激光-电弧复合焊应用

激光-电弧复合焊属于轨道交通领域的前沿技术，德国ICE-4新一代高铁碳素钢侧墙、中国600km/h高速磁悬浮列车车体、新一代地铁列车枕梁均采用了该技术。激光-电弧复合焊具有高能、低热、填丝焊接，间隙适应性好，焊缝综合性能优，同时焊接应力低、变形小、部件制造精度高，可以无接触精密焊接，具有轻量化、柔性化效果好的工程特点，可解决中厚板不锈钢枕梁、碳素钢构架等重要承载部件及高速列车铝合金轻量化部件的焊接难题，在轨道车辆焊接中极具发展前景。激光-电弧复合焊应用实例如图1-24所示。

6.搅拌摩擦焊应用

搅拌摩擦焊作为一种优质的铝合金焊接技术，在动车组枕梁、城轨地铁侧墙、车顶等部件中得到大批量应用。搅拌摩擦焊具有接头强度高、焊接变形小、无弧光烟尘、绿色、节能、环保的工程特点；但存在着组装条件严苛、适应接头形式单一的工程局限性。后期需重点解决高精度型材挤压成形、精密组装及变形控制、焊接可靠性控制补偿、搅拌针设计选型等工程需求。搅拌摩擦焊车体应用实例如图1-25所示。

7.钎焊的应用

钎焊主要应用于轨道车辆空调冷凝水管、转向架制动管路等铜管的连接，具有加热温度低、母材不熔化、可重熔拆卸、焊接变形小、适于异种材料连接等特点。铜管钎焊实例如图1-26 所示。

8.焊接信息化技术

随着计算机、互联网技术的发展，焊接信息化技术将是焊接产业转型升级的重要手段。焊接信息技术主要围绕焊接工艺设计、焊接工艺管理、智能化焊接系统、焊接过程监控等方面不断拓展应用，依托焊接信息化系统，完成焊接数据的自动采集、分析及应用。随着5G技术的逐步应用，焊接信息化技术也将得到更大的发展。焊接信息化框架如图1-27所示。

9.焊接仿真技术

目前，围绕产品设计、制造、试验、评估的全过程，各个企业正在逐步搭建涵盖结构验证、变形预测、应力分析、离线编程、寿命预测以及焊工培训的虚拟验证平台，利用数字孪生、虚拟现实技术实现情景再现和仿真验证，支撑新产品试制和新工艺开发，降低制造成本，缩短研发周期。随着新产品开发要求的不断提高，焊接仿真技术将在未来发挥更加重要的作用。焊接构件仿真分析应用实例如图1-28所示。