宋洪杰 但龙
摘 要：激光焊接具有能量密度高、热损伤小、焊缝深宽比大、焊接变形小等优势，焊接过程易于实现自动化、柔性化，可提高生产效率、获得更加美观的焊缝，广泛应用于工业中各个领域，在当前轨道交通领域更是发挥不可替代的重要作用。本文对激光焊接的特点和轨道交通车辆常用激光焊接进行了介绍，分析了常用激光焊接工艺及焊接过程常见问题，并提出了相关预防措施。
关键词：轨道交通;焊接;激光焊接;焊接质量管控
0 引言
激光焊接具有能量密度高、热损伤小、焊缝深宽比大、焊接变形小等优势，焊接过程易于实现自动化、柔性化，可提高生产效率、获得更加美观的焊缝，广泛应用于工业中各个领域，在当前轨道交通领域更是发挥不可替代的重要作用。
1 激光焊接的特点分析
激光焊接作为一种热加工工艺，是利用激光束为热源展开各项加工制造的，激光焊接和电子束等离子束相比，存在诸多差异，不同于此类一般的机械加工方式，激光焊接体现出了更高的优势特征，具有较高的应用价值。激光束的功率密度较高，并且激光焦点的光斑更小，可以针对合金材料进行焊接，由于合金材料强度高、熔点高，因此焊接要求也更为严格，采取激光焊接的方式能够完成此类合金材料的焊接。激光焊接的加工过程是无接触的，不需要损耗工具或调换工具等，实现了多种焊接加工需求，可以调整激光束能量以及移动速度等各项焊接指标，完成相应操作。激光焊接在现代化科技运用下，逐渐向着自动化、智能化的方向探索和研究，体现了较高的自动化程度和智能化程度，实现了与计算机之间的连接和控制。运用激光焊接的加工过程功效较高，焊接速度更快，对于形状较为复杂的焊接需求也可以方便快速的完成焊接工作。激光焊接工艺下引起的材料变形小，這是因为激光焊接的热影响区范围较小所带来的优势，后续无需进行专门的工序处理，不会导致材料变形。对于结构复杂、处于内部位置的工件，以及处于真空容器内的工件，可以通过玻璃焊接的方式完成焊接工作。激光焊接的激光束聚焦性、导向性较强，能够变换各个方向，并且和电子束加工相比，操作过程更加的简单方便，不需要真空设备系统就可以完成焊接工作。激光焊接工艺下，加工出的产品整体质量可靠、稳定，并且生产效率较高，带来了良好的经济效益和社会效益。
2 轨道交通车辆常用激光焊接
2.1 激光焊原理
激光焊接按原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。热传导型激光焊通过激光加热待焊接件表面，热量以热传导方式向内扩散，熔化工件并形成特定的熔池，此种焊接方式熔深浅、焊接速度较慢。激光深熔焊通过“小孔”机制完成能量转换，高功率密度的激光使金属汽化出现小孔，孔壁外液体流动和壁层表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力保持动态平衡，光束不断进入小孔并被吸收，小孔和围着孔壁的熔融金属随着光束前进速度向前移动，熔融金属充填着小孔移开后留下的空隙并随之冷凝形成焊缝，此种焊接方式焊接速度快、深宽比大[1]。
2.2 轨道车辆常用激光焊
轨道交通车辆的车体制造过程中，传统MAG焊接、电阻点焊由于焊后变形或焊痕等因素，影响了无涂装车体的外观质量。激光焊接技术由于热输入量小，形变小等优势，较好的解决了上述焊接方法存在的难题，目前已广泛应用，包括光纤激光焊、CO2激光焊、手持式激光焊，同时还有激光复合焊等，在焊接效率、成型质量、焊后形变等方面相较传统焊接有较大优势。
光纤激光焊、CO2激光焊一般为龙门式焊接系统，设备主要配置有龙门走行机构、激光发生器、激光焊接系统、压紧装置、电控柜、冷却系统、主控面板、防护装置等。焊接作业区设置为独立半封闭式，确保焊接过程环境稳定并避免激光辐射对焊接区以外的人员造成伤害。手持式激光焊结构相对简单，无独立走行机构、功率相对较小，焊接位置灵活[2]。
激光电弧复合焊接是将激光与电弧作用于同一熔池的焊接方法，电弧会影响激光诱发的蒸汽等物质，保证激光能力的吸收，加强小孔的稳定性，填充的焊丝可对焊接接头的性能进行调节，在提升焊接质量、焊接速度的同时，对焊前组装精度及待焊件表面质量的要求显著降低，目前已在轨道交通行业成熟应用，后续前景广阔。
3 激光焊接的焊接缺陷及质量控制
激光焊缺陷包括未熔合、熔穿、裂纹、焊缝成型不连续等，与焊接质量相关的因素较多，其中设备本身的参数主要包括激光功率、离焦量、焊接速度等，待焊件参数主要包括组装间隙、表面质量等，同时还有其他设备及环境因素，需在焊接前及焊接过程中进行重点管控。
①激光功率：激光深熔焊接中，由于金属汽化与激光功率的密度之间有着紧密的关系，影响着激光焊接的效果，也影响了小孔的稳定性。在焊接前需对输出功率的大小和稳定性进行校核[3];
②离焦量：离焦量是激光焦点距离待焊件表面的距离，对焊接质量影响很大，以搭接焊缝举例，离焦量设置不当时容易出现熔合不良情况。应在焊接前进行参数验证，选取适当的离焦量进行实物焊接;
③焊接速度：焊接速度影响线能量，进而影响熔合质量、变形。焊接功率相同时，焊缝熔宽及熔深随着焊接速度的增加而减小，余高轻微减小，但焊接速度过大易导致焊缝成型不连续;
④组装间隙：激光焊对组装间隙要求较高。激光焊一般不添加填充金属，同时由于光斑小，焊缝窄，如装配间隙过大，易导致光束穿过间隙无法熔化母材或产生咬边、凹陷。实际焊接时可使用固定工装对待焊件进行约束，确保焊接过程严格控制间隙;
⑤焊接前设备状态：除上述参数适应性控制外，在焊接作业前，应当对焊接设备状态进行检测。常见状态确认方式有激光功率校核检测，通过试件进行模拟现车焊接，并对试件焊缝的符合性进行检查，包括焊缝成型质量、焊缝机械强度、宏观金相试验[4];
⑥其他影响因素：环境、保护气体等要素，上述参数对激光焊接均有不同程度的影响。对编程自动焊接的设备，其走行机构本身的空间位置也对焊接质量有一定影响;
⑦焊接检验：焊接之后的检验工作也是重点的环节之一，焊接人员应首先清理焊缝，再检查整体的焊接情况，观察焊缝表面是否存在裂纹、气孔、咬边、夹渣等缺陷问题，发现问题时及时采取相应的解决措施。有些焊缝是需要进行热处理的，此时应首先完成热处理后，再在进行焊接检验工作。对于焊缝表面和内部缺陷问题，应该采取无损检测手段展开工作，加强对不合格焊口的质量管控。发现问题时，及时的核对部位并积极的进行补救和返修，并且复检返修焊缝，保证焊接质量。
焊接过程中为进一步确保焊接质量，在条件具备的情况下可对焊接功率、熔深情况、熔合质量等进行实时监控。在焊接完成后，通过目视、无损检测等方式对外观及内在熔合质量进行检查，以确保最终熔合质量。
4 结语
激光焊接技术以其焊接过程的自动化、柔性化，焊接能量密度高、深宽比大、成型美观等优势，已在轨道交通行业广泛应用，且随着激光复合焊接技术的不断拓展和应用，应用前景将更加广阔，激光焊设备、焊接工艺及无损检测的研究正在向更加深入的方向迈进，不断提高焊接能力、焊接质量。
参考文献：
[1]张金娟，马世辉，罗少国，激光焊焊接速度对SUS301L_DLT焊接接头表面成形的影响[J].电焊机，2013（12）.
[2]王洪潇，王春生，何广忠，等.激光焊接技术在轨道交通车辆中的应用[J].城市轨道交通研究，2020，v.23;No.211 （04）：93-96.
[3]彭博.不锈钢薄板搭接激光焊缝外观检测及质量评估方法研究[D].吉林：吉林大学，2019.
[4]董彦妮，张振鹏.焊接技术在轨道交通车体中应用现状及发展趋势[J].科学技术创新，2019，000（005）：173-174.
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