中车大连机车车辆有限公司辽宁大连116000
摘要：近年来，随着材斜加工和制造手段的不断发展，不锈钢轨道交通车辆的应用越来越广泛。制造轻量化不锈钢车体需要大量使用电阻焊，电阻焊自动焊接设备的特点是焊接质量稳定、生产效率高，因而成为了不诱钢车辆车体制造的重要步骤。不锈钢不仅外形美观，还能够在不同条件下抵御侵蚀，此外制造成本低廉、便于维修也是其优势，所以相比之下，不锈钢制造的高速轨道交通车辆占据更大的市场份额，根据调查资料显示，不锈钢车体在轨道交通车辆领域的应用比例约为60%。
关键词：不绣钢车体；电阻焊接；编程
美国是世界上第一个使用不锈钢材斜制造轨道交通车辆的国家，Budd公司在1932年研制出世界上第一辆不锈钢材质的铁路客车车辆，为不锈钢车体的量产奠定了基础。从20世纪50年代开始，各发达国家在不锈钢轨道交通车辆的研发中陆续投入大量人力物力。1992年日本车辆制造企业研发了新一代不锈钢车辆，在原有轻型不锈钢车体结构基础上，将车体侧墙顶棚底架等模块改为自动点焊的方式，并对各模块加强板的外形和位置进行了大量优化，改善了补强板突出的问题，并将原有外表面改进为平板模式，使得不锈钢车体的骨架满足轻量化设计要求的同时能够简化制造过程，缩短生产周期。
1材料简介
在碳素钢的基础上，将络元素的含量(wCr)提高到12%以上，就形成了不锈钢。不锈钢表面在大气中具有发亮的金属光泽，同时还拥有耐腐蚀、抗氧化的特征。这是因为当Cr元素含量超过12%后，钢材的表面会形成纯化层，将金属表面与外界隔离，从而不易发生化学反应。除Cr元素以外，不诱钢中还含有镍、钛等合金元素。这些合金元素使不锈钢在空气、水、蒸气及很多化学介质中都具有很好的耐腐蚀性，甚至在高温或低温环境中，仍能具有很高的耐腐蚀性。不锈钢分类方法大致有下几种：按主要化学成分划分，分为Cr不锈钢、Cr-Ni不锈钢和Cr-Mn-N不锈钢等；按特性可分为耐酸型不锈钢和耐热型不锈钢等；按微观金相组织划分为：铁素体型不锈钢、马氏体型不锈钢、奥氏体型不锈钢、奥氏体-铁素体型双相不锈钢、奥氏体-马氏体双相不锈钢和沉淀硬化型不锈钢。
奥氏体不锈钢的晶粒无法通过热处理工艺使之细化，硬度也无法通过浑火等手段来提高，因为良好的力学性能使其便于加工，因而在制造不锈钢轨道交通车辆时，这一类不锈钢为主要材料。
2工艺简介
当今主流的不锈钢车体制造焊接方法分类为：对于薄板结构大量采用电阻焊、激光焊和等离子焊，这些焊接方法共同的特点就是热量集中、焊接速度快、焊接时间短、焊接熔池热输入小、焊接质量高；对于中厚板采用气体保护焊、MAG焊、MIG焊，这些焊接方法的特点是成本低、设备投资小、生产效率高等。电阻焊是指用通电电极将焊接材料压紧，利用流经焊接接头接触面及其邻近区域的电流产生的热效应来焊接的方法。电阻焊从物理角度剖析就是利用被焊接材料本身的电阻热效应将其加热到熔化或塑性状态，同时紧压两个分离表面的金属原子使其距离靠近至晶格距离，形成金属键，并在结合面上生成大量的共同晶粒从而形成焊点、焊缝或接头的焊接方法。所以良好的热-力作用是得到高质量焊接接头的主要保障依据焊接电流波特征、接头形式以及工艺特点的不同，将电阻焊分为几类如图1所示。
图1：电阻焊分类
2.1点焊工艺
点焊是两电极紧压由焊件搭接的焊接接头，利用电阻热烙化焊接试件金属，形成焊点的电阻焊方法。
2.1.1点焊有如下基本特点:
1）焊件通过焊核进行连接，焊核均布于在两个焊接件的贴合面上。
2）点焊的工艺特点是高电流、短时间、高压力。
3）点焊是热一机械(力)联合作用的焊接过程。
2.1.2点焊常按W下方式进行分类:
1）按照对焊件供电的方向可分为单面点焊、双面点焊和间接点焊等。
2）按照一次焊接形成的焊点数可分为单点点焊、双点点焊和多点点焊。
3）按照所用焊接电流波形可分为工频点焊、电容胆能点焊、直流冲击波点焊、三项低频点焊和次级整流点焊等。
2.1.3点焊过程
即是在热与机械(为)作用下形成焊核的过程。具体过程可分为：电阻热效应格化焊接件贴合面、电极机械(为)作用使辉接区产生必要的塑性变形两个部分。热效应作用与机械(力)作用适当配合就能够产生优质的点焊接头。经过预压、通电加热和冷却结晶三个连续阶段的完成焊接作业。
2.2点焊自动程序编制及优化
2.2.1图纸分析及表格编制
自动程序编制的首要步骤是编制点焊程序表格，根据图纸，确认程序模块划分，从而确定表格的基本结构。
2.2.2自动扫描程序编制
通过激光扫描获得偏移量的原理是：激光束经过扫描区域时光束长度会随着焊枪移动而变化，例如扫描波峰的过程，表格中扫描点位置参数设定需要扫描的波纹板上升沿高度为12mm，当激光束经过一个波纹板上升沿的时候，光束长度缩短了12mm，这一变化符合表格设定的参数，因而可以激活扫描功能获得扫描数值。
2.2.3自动点焊程序编制
焊点位置参数和扫描位置参数在表格设定的阶段完成，扫描功能作为最主要的辅助功能在扫描子程序中实现，自动点焊功能通过焊接子程序和主程序配合完成。
2.2.4新旧设备自动点焊程序优化
旧设备经过自动点焊程序测试得出影响自动点焊速率的原因有以下四点:
1)旧设备电机体积较大，SYSTEM1与SYSTEM2之间电机在自动点焊过程中常发生干涉问题，为求保障设备安全，需要增加等待语句保证双侧电机间距;
2)扫描功能包含设备等待、设备行进、数据传输、手动修改四个步骤，单次扫描耗时30秒,扫描位置越多耗时也就越多;
3)自动点焊程序运行中遇到突发情况需要关闭程序重启的时候，子程序模块跳转必须跳转至被中断的子程序模块的开端，不能直接跳转至上一次中断时正在点焊的焊点，因此遇到突发情况之后重启程序时，无用步骤较多浪费时间严重；
4)经过试验测试发现，波纹板扫描获得的修正值某整情况下会出现负值，扫描程序规定的修正值最大值为5，当获得的扫描修正值为负数的时候，不论修正值绝对值是否过大，设备都默认该修正值合适可用，设备不报警并且焊接在错误的位置导致迸溅事故;
新设备自动点焊程序经过测试得到影响自动点焊速率的原因有下两点:
1)新设备自动点焊程序运行过程中遇到突发情况中断重启之后,可以跳转至上一次中断时正在焊接的点。如果上一次中断时一个子程序模块已经焊接完成,必须跳转至上一次中断时已经完成的子程序模块焊接的最后一个焊点。如果将要焊接的焊点的位置距离中断前焊接的最后一点的距离较远，设各需要很长一段无用的行进动作，浪费大量时间;
2)扫描功能包含设备等待、设备行进、数据传输、手动修改四个步骤，一次扫描耗时30秒，扫描位置越多耗时也就越多;
新设备精简扫描达到减少点焊时间的方式一致。
2.2.5对比新旧设备试验和优化过程，得出结论如下:
1)新设备系统更为先进、程序加载速度更快。由于上下焊枪都采用端面直径16mm的焊枪，每完成云百个焊点需要中断自动点焊设备进行焊枪端面修模，修磨过程损耗时间较长，因此旧设备完成TC车顶棚自动点焊程序需要8.5小时，新设备需要8小时，实际工作时间差距不大；2)新设备电机尺寸小，左右两侧系统干涉小，双侧同步率髙于旧设备；3)新设备支撑工装距离地面超过2m，操作者无法准确目测弯梁扫描报警时的修正值是否合适；旧设备操作者可以通过目测得出准确的修正值；4)新设备可移动支撲工装可以通过语句操控移动，实现设备和工装的互相躲避，提高了设备安全性,但是支撑工装Y方向间距不可修改，试验对象如果换成Y值较小的对象，则顶棚尺寸与新设备支撑工装不符不能进斤自动点焊；通过试验结果对比得出的新旧两套设备的特点，得出两套设备实际使用建议如下：(1)新设备自动点焊程序编制和调试时间更短、设备可操作性更高、支撑工装只能支撑B型城轨车辆顶棚，因而建议大批量且工时要求紧张的B型城轨车辆顶棚生产计划适合安排至新设备生产；(2)旧设备自动点焊程序编制和调试所需耗时更长、更换程序重新加载需要30分钟、支撑工装可以在Y、X两个轴向进行调整，得出建议非B型城轨车辆顶棚、大批量且工时充裕的B型城轨车辆顶棚、不需要频繁更换程序的生产任务适合安排在旧设备生产。
总结：本文针对地铁顶棚自点焊工艺过程作了简单介绍。分析试验对象的焊点分布，设定自动点揖顺序，编制自动点焊程序，通过试验验证新旧两套设备的自动点焊程序耗时和焊接质量。针对新旧两套自动点焊机器人分别优化自动点焊程序，提高其焊接质量，减少自动点焊时间。
参考文献
[1]内田,博行.日本不诱钢车辆技术[J].国外铁道车辆,2001,38(4).
[2]赵明花,刘玉民.城市轨道车辆不诱钢车体的研发[J].城市轨道交通研究,2004,7(1):76-80.
[4]罗保发.电阻点焊组织预测和质量控制研究[D].天津大学,2008.
[5]樊水晶.线析电阻点焊技术及其控制方法[J].装备制造技术,2012,(10):171.