转向架激光电弧复合焊接研究综述

许骏

摘要：随着我国经济的快速发展，高速动车组列车已经是提升铁路运力、解决人们出行难题的重要手段之一。转向架作為铁路列车的重要行走机构，直接影响了列车运行的安全性和运行速度。本文浅显地介绍了转向架材料的发展，同时，详细阐述了激光电弧复合焊接的发展历程。希望能够对专业工作人员有所帮助，保障动车组的安全运行。

关键词：转向架;激光电弧复合焊;发展

1.背景

近年来，我国随着高速列车的进一步提速，转向架焊接质量得到了广泛关注。转向架作为高速列车的重要行走机构和承力机构，对材料的强度和疲劳性能提出了很高的要求。近年来，关于激光电弧复合焊接的研究愈发增多，这种焊接工艺能够使得焊接接头与微观组织表现都十分良好，给高速列车转向架焊接工艺指明了一条道路，因此开展激光电弧复合焊接工艺研究具有十分重要的意义。

2.转向架用材料的发展

运用于转向架的国产的材料主要为低合金高强度结构钢，该系列钢具有较好的抗热裂敏感性和良好的冲击性能，低的碳含量能降低淬硬倾向。此类材料转向架主要为铁路客车转向架，多用于铁路客车以及城轨车辆等。

高铁客车转向架材料主要采用日系耐候钢以及欧标耐候钢，日系耐候钢通过添加Mo、Ti、Ni等元素，来提高耐腐蚀能力、强度和塑性。欧标耐候钢相对于低合金高强度结构钢种具有优异的耐腐蚀性能。

近年来，转向架轻量化研究的视野投向了新型纤维复合材料，这类新材料的应用能极大的减小转向架的自重。但是由于列车转向架对材料的特殊要求，目前将复合材料应用于列车转向架还存在一系列的技术和成本问题。

3.传统转向架用焊接工艺

最为常见的转向架焊接工艺为MAG焊。MAG焊以富氩活性气体为保护气，以熔融的焊丝为电极，具有电弧稳定、熔接效率和热效率高等优点。选择合适的焊丝进行转向架用钢的MAG焊接，通过优化焊接工艺并进行热处理，焊接接头性能良好，能够满足转向架的使用要求。然而，由于电弧能量在焊缝深度方向的衰减快，电弧对熔深的挖掘能力欠佳，因而MAG焊焊缝熔深较浅，很容易对焊接质量和焊接效率造成不良的影响。

4.激光电弧复合焊接工艺

上世纪七十年代，研究人员提出了一种新型的高效焊接方法：激光-电弧复合焊接（图1）。激光与电弧两个能量源协同作用，同时具有两种焊接方法的优势，并且规避了两种焊接方法的不足，具有良好的发展潜力。相较于MAG焊接，激光的加入可以明显增加熔深，减少焊接层道数，避免过多的层间清理以及因未清理彻底带来的焊接质量问题。

5.激光-电弧复合单道焊接技术研究

相较于单电弧焊接，通过引入激光而大幅度增加了焊缝熔深。激光能量大小对单道激光-电弧复合焊接焊缝的熔深有很大的影响;在一定条件下，激光-电弧复合焊接接头焊缝熔深与激光功率呈正相关关系。从单电弧焊接到激光-电弧复合焊，因熔深的增加而带来的焊接效率的增加十分明显。理论上，当激光器满足条件时，单道焊接是最理想高效的焊接方法。

实际上，在采用高功率激光器进行激光-电弧复合焊接过程中，激光引起的强烈等离子体以及电弧等离子体对激光能量有明显的削弱，从而影响复合焊接的熔深，激光-电弧复合焊接过程中对激光能量的利用率降低;同时，大厚板单道焊接对焊缝填充量的需求明显更大，焊缝根部的填充问题也极为突出。因此，对于大厚板的焊接，激光-电弧复合多层多道焊接才是高效可行的方法。

6.激光电弧复合焊接工艺在转向架用钢的试验研究

有学者探究了激光-电弧复合焊接技术在转向架用钢焊接上的适用性，结果表明，复合焊接接头成形质量与微观组织表现良好，激光-电弧复合焊接这种新兴的高效焊接方法在转向架用钢焊接上具有良好的应用前景。

6.1以16mm厚转向架用钢的复合焊接工艺研究

以16mm厚转向架用钢为研究对象，采用三层三道激光-MAG复合焊接技术进行平板对接，并与单MAG焊接结果进行对比。结果表明：激光-电弧复合焊接方法可以减少焊接层道数，焊缝及热影响区宽度也相对更窄。对激光-电弧复合焊接接头进行力学性能试验，接头的抗拉强度、屈服强度以及延伸率与母材相当。

6.2三种厚度转向架用钢的复合焊接工艺研究

以10mm、12mm、16mm三种不同厚度的钢板进行了激光-MAG复合焊接和单MAG焊接工艺研究，对三种厚度复合焊接分别采用两层两道焊、三层三道焊以及五层五道焊接方法，通过优化激光功率和电弧参数得到了成形良好的多层多道焊接接头。对比三种厚板的单MAG焊接和复合焊接接头可见，复合焊接接头焊缝面积以及热影响区宽度明显低于单MAG焊接接头。三种厚度复合焊接接头焊缝和热影响区的硬度高于母材，而硬度最大值出现在热影响区的过热区。接头拉伸试样均断裂于母材位置，拉伸断口上存在大量的韧窝，接头的抗拉强度高于母材，韧性也较好。

7.结语

本文浅显地介绍了转向架材料的发展，同时，详细阐述了激光电弧复合焊接的发展历程。能够对专业工作人员有所帮助，保障动车组的安全运行。

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