作者簡介：李加良，1956年出生，教授級高級工程師，國際焊接工程師。主要從事鐵路貨車制造工藝研究?，F(xiàn)任公司專家，享受*特殊津貼，連續(xù)擔任*焊接學會第六、第七屆、第八屆（2000～2011年）理事會理事。
一、貨車焊接技術(shù)的發(fā)展
20世紀50年代初，我國開始仿制貨車，首先仿制C1型30t敞車，采用鉚接鋼底架，鋼骨木板車體。隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的需要和科學技術(shù)的蓬勃發(fā)展，焊接技術(shù)的不斷進步，將焊接引入到機車車輛的制造和修理上，逐漸用焊接結(jié)構(gòu)代替了鉚接結(jié)構(gòu)，貨車從鋼木混合結(jié)構(gòu)進入全鋼結(jié)構(gòu)。先后制造了敞車、平車、棚車、罐車、漏斗車以及長大特種車等。
焊接作為工藝手段，要在熔池凝固的短時間內(nèi)通過“微冶金”完成焊縫，并要一次成功，這就不能不對母材進行分析研究，對焊接材料進行選擇，對工藝參數(shù)進行試驗優(yōu)選，對焊接設備、裝備進行選擇，對焊工進行培訓等諸多方面，才能焊出符合要求的焊接接頭。
1. 貨車用材料的發(fā)展
車輛用鋼材在20世紀50～70年代，采用Q235普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，采用以J422為代表的結(jié)構(gòu)鋼焊條焊接。到80年代后期，開發(fā)了屈服強度為295MPa的Cu-P合金系09CuPTiRe耐候鋼，以及屈服強度為345MPa的Cu-PCr-Ni合金系的09CuPCrNi耐候鋼。推行采用CO2氣體保護實芯焊絲焊接。進入21世紀后，不同于Cu-P-Cr-Ni高耐候鋼成分體系，屈服強度級別為400MPa、450MPa、500MPa、550MPa高強度高耐候鋼系列問世，開始采用藥芯焊絲焊接。其中Q450NQR1鋼已經(jīng)廣泛用于70t、80t級貨車制造，為貨車增加載重提供了條件。2005年開始，采用耐候性能更好的鋁合金和TCS經(jīng)濟型鐵素體不銹鋼，新材料的采用對焊接裝備、焊接工藝提出了新的要求。
2. 焊接裝備的發(fā)展
焊接裝備包括焊接設備、焊接輔機具和切割設備。在20世紀60～70年代各工廠一般只有手工交流焊機和手工直流焊機；到70~80年代有了少量氣體保護焊機和埋弧焊機；90年代開始氣體保護焊機、埋弧焊機數(shù)量大幅上升；2000年后采用數(shù)字化焊機、焊接專機、焊接機器人等先進設備。比如敞車側(cè)墻、端墻用上了焊接專機，C80B型不銹鋼敞車的焊接采用數(shù)字化焊機、焊接機器人焊接等。下料工序，在60～80年代采用剪板機下料和手工氧乙炔切割，從90年代開始則采用數(shù)控火焰切割機、數(shù)控等離子切割機、精細等離子切割機、激光切割機等自動化設備。
3. 焊接技術(shù)的發(fā)展
在20世紀60～70年代，車輛焊接采用焊條電弧焊方法及少量埋弧焊方法焊接，到70年代末期開始試用效率高、焊接變形小的CO2氣體保護焊方法，到80年代在各貨車新工廠廣泛采用CO2氣體保護焊工藝。90年代末期開始推廣采用飛濺小、外觀成形好的富氬混合氣體保護焊方法，焊接生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量大大提升。2000年后由于新材料、新技術(shù)的應用，促進了MIG焊、MAG焊、TIG焊等焊接方法在貨車行業(yè)的應用。
隨著新材料的應用和產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高，對焊接質(zhì)量的可靠性提出了更高的要求。為減少制造過程中人為因素的影響，降低工人的勞動強度，提高焊接生產(chǎn)效率，確保焊接質(zhì)量的穩(wěn)定，促使貨車行業(yè)全面提升焊接工藝制造水平，鐵道部運輸局“以裝備保工藝，以工藝保質(zhì)量，以質(zhì)量保安全”的指導方針，要求提升貨車制造工藝水平，并以運裝貨車[2004]285號文件對貨車制造企業(yè)提出車體鋼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位須采用自動化焊接，因而必須提高車輛部件的下料精度、組裝精度。鐵道部裝備部以運裝貨車[2006]399號文件對敞車的長直焊縫規(guī)定采用自動焊。貨車企業(yè)大力推廣先進的自動、半自動的下料工藝、焊接工藝和焊接專機，自動線或柔性生產(chǎn)線，焊接機器人和各種不同水平的低成本生產(chǎn)流水線，全面提升了貨車制造焊接自動化水平，貨車自動化焊接向前邁進一大步。接著裝備部又提出精益制造的理念。各制造工廠循序漸進的按照運裝貨車400號等文件的技術(shù)要求進行敞車生產(chǎn)制造，在工藝試驗研究、工藝裝備、焊接工藝、焊接質(zhì)量控制等方面加大投入和改進，敞車的制造質(zhì)量穩(wěn)步提升。
4 焊接技術(shù)應用舉例
?。?）數(shù)控切割下料技術(shù)的應用 機器人、焊接專機焊接的必要條件是工件下料組裝精度高，如果沒有很好的組裝精度，就難以實現(xiàn)自動化焊接技術(shù)，因此廣泛采用數(shù)控下料技術(shù), 半自動和全自動“氧－特利氣”切割，數(shù)控精細等離子切割，水下等離子切割，激光切割，極大的提高了下料精度，為組裝焊接打下良好的基礎。
（2）焊接機器人的應用 機器人焊接的工件不論是裝配精度還是表面粗糙度，其要求比半自動氣體保護焊要高得多，因此一般用來焊接機械加工較多的如轉(zhuǎn)向架部件，或者焊接結(jié)構(gòu)較復雜不便實現(xiàn)半自動或?qū)C焊接的部件。
（3）焊接專機的應用 鐵路貨車的結(jié)構(gòu)形式非常適合采用焊接專機來焊接，大多為不進行機械加工的型鋼與板材搭接的長直焊縫，比如敞車的側(cè)墻、端墻等.
二、鐵素體不銹鋼焊接工藝
采用傳統(tǒng)耐候鋼制造的貨車自重大，車體耐腐蝕性差，綜合技術(shù)經(jīng)濟性不好。從2003年開始采用經(jīng)濟型鐵素體不銹鋼預研80t級運煤敞車，2005年后開始批量制造TCS345鐵素體不銹鋼運煤專用敞車。
TCS345不銹鋼具有良好的耐腐蝕性和力學性能。但不銹鋼對焊接熱輸入敏感，焊接接頭組織晶粒粗大，低溫沖擊韌性低；焊接時鋼水粘度大，流動性差，易造成焊接缺陷和焊縫成形不良。
通過優(yōu)化化學成分，調(diào)整鈦（Ti）、氮（N）、鎳（Ni）或錳（Mn）元素含量，改進后的TCS345不銹鋼T4003其焊縫熱影響區(qū)馬氏體組織比例增加，抑制了焊接時鐵素體晶粒的長大，焊縫及熱影響區(qū)組織細化，熱影響區(qū)低溫沖擊韌性顯著提高。對鐵素體不銹鋼同種材料，鐵素體不銹鋼與耐候鋼異種材料的各種焊接接頭形式，不同焊接熱輸入量的焊接試樣進行拉伸、彎曲、-40℃沖擊、熱影響區(qū)金相組織和斷裂韌度等試驗、檢測，全面掌握了鐵素體不銹鋼焊接特性。
針對鐵素體不銹鋼的焊接特性，提高下料尺寸精度，保證組對間隙，有效控制焊縫寬度；采用合理的焊接順序，避免焊縫交叉重疊，減少起落弧頻次；配套使用數(shù)字化脈沖焊機，長直焊縫采用自動焊接，精確控制焊接工藝參數(shù)；保持焊接區(qū)域清潔，采用惰性氣體保護；采用機械定位，水平位置焊接。有效控制焊接熱輸入量，減少焊縫缺陷，是保證鐵素體不銹鋼焊接質(zhì)量，提高焊縫疲勞可靠性的關(guān)鍵要素。
結(jié)合鐵素體不銹鋼焊接工藝特點，產(chǎn)品設計應特別注意產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、焊接接頭的形式和位置的優(yōu)化，使焊接部位結(jié)構(gòu)有利于應力釋放，焊縫形式適應結(jié)構(gòu)受力特點，避免應力過大。
?。?）焊接參數(shù) 在保證焊縫熔合質(zhì)量的前提下，盡可能提高焊接速度，當TCS不銹鋼板厚≤5mm時，對接焊縫的焊接熱輸入控制在0.55～0.7kJ /mm; 當不銹鋼板厚≥6mm時， 對接焊縫的焊接熱輸入控制在0.6～0.75kJ/mm， 角焊縫的焊接熱輸入控制在0.6～0.8kJ /mm。
?。?）不銹鋼MIG焊與低合金鋼焊接的差別 低合金鋼液態(tài)金屬的流動性好， 焊縫金屬具有良好的潤濕性，成形均勻。不銹鋼由于合金含量高， 特別是Cr， 焊接過程中液態(tài)金屬表面易氧化， 流動性不好， 潤濕性較差。
焊接低合金鋼時， 保護氣體中活性氣體的比例較大，一般Ar+ 18%～20% CO2， 焊接不銹鋼時保護氣體中活性氣體比例較小， 一般為Ar+ 1%～2%O2 。
低合金鋼焊接接頭的表面質(zhì)量要求不高， 而不銹鋼則要求清潔。
?。?） 焊接缺陷的修復 采用鉆削、銑削、砂輪磨削等機械方法清理缺陷， 焊接前應清理焊縫兩側(cè)各20mm范圍內(nèi)的油、水、銹等污物。推薦采用中φ1.0mm的焊絲進行焊修， 并應適當減小焊接電流。
缺陷焊修后， 應清除焊接飛濺、熔渣等， 修磨焊修后的焊縫使其與原焊縫及母材圓滑過渡。
三、展望
重載鐵路貨車承受動載荷的要求越來越高， 其要求不能滿足于過去的車輛設計、試驗手段和制造水平上， 要參照先進的標準來進行產(chǎn)品設計和工藝控制，以提高焊接結(jié)構(gòu)的整體水平和焊接質(zhì)量。國內(nèi)軌道車輛和車輛部件的焊接標準與國際先進標準比較差距還較大， 歐洲標準《EN15085 軌道車輛和車輛部件的焊接》系列， 已成為歐洲*控制焊接企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和規(guī)范焊接企業(yè)質(zhì)量認證的主要標準。該標準適用于軌道車輛和車輛部件生產(chǎn)和維修時金屬材料的焊接。未來鐵路貨車的焊接將采用國際先進標準， 將貨車焊接結(jié)構(gòu)設計、制造、質(zhì)量水平上升到一個更新的臺階， 生產(chǎn)世界一流鐵路貨車， 充分滿足貨主對鐵路貨快捷、重載、安全和可靠的要求。
