序言：轨道客车不锈钢车体不仅具有强度高、耐用性好、环保性高及再生性高等特点，同时具有车体牢固性好、外观精致、使用寿命长和焊接效率高等优势，逐渐受到行业人士的追捧。

　　激光焊是通过聚焦高能量的激光束，射到被连接部位的表面将需要连接的材料熔化形成焊缝的方法。在轨道客车不锈钢车体制造中长直焊缝较多，日本、德国、中国等车辆制造企业均具备了不锈钢车体激光焊能力。然而，专机激光焊设备的高成本、长周期、可达性差、灵活性差等缺点阻碍了不锈钢车体中激光焊技术的进一步发展。近些年来随着手持式激光焊设备的出现，为不锈钢车体制造进一步应用激光焊技术提供了可能。

　　1 手持式激光焊的发展

　　从电能输入到真正的激光形成，需要经历泵浦源、增益介质、谐振器三个阶段。能量从泵浦源(灯、二极管、无线电频率装置等)泵浦到激光介质，刺激激光介质发送激光辐射，辐射出的激光在谐振器中被放大，最后通过光路输出高功率的激光。按照增益介质不同激光器可以分为气体激光器、固体激光器、液体激光器(工业没有应用)。

　　其中，目前应用广泛的固体激光器的介质，是由人工合成的单晶钇铝石榴石(YAG)或玻璃掺以光学激活离子如钕(Nd)或镱(Yb)构成。固体激光器增益介质的作用为促使激光发光最大吸收，同时确保热量尽可能被有效的消耗。由于增益介质的结构不同，固体激光器分为碟片激光器、光纤激光器、半导体激光器等种类。传统的固体激光器的增益介质为棒状，碟片激光器的增益介质为薄而宽的碟片状，光纤激光器的增益物质为细长的光纤。

　　光纤传输设备的出现，解决了光路按使用需求方向变化的难题，第一代手持式激光焊设备随之出现，第一代手持式激光焊设备虽然能够实现一定范围内的焊接，但光电转化效率低，设备体积大(是普通氩弧焊设备体积的4~6倍)，焊接熔深小，可焊范围小，设备成本高(是氩弧焊的设备成本的3倍以上)，其与氩弧焊的相比，主要应用于有美观性要求的广告牌、装饰件等方面，对于结构连接件尚无无替代氩弧焊。

　　近些年光纤激光器有了长足发展，其优势主要有：光电转化率高、散热快、柔性好、抗干扰能力强、低成本、寿命长、免调节、免维护、高稳定性、体积小，应用光纤激光器的手持式激光焊设备也渐渐得到发展。激光焊对于工件的装配精度要求较高，焊缝容易出现缺欠，为解决这一问题，设计人员参照专机激光焊设备研究出光斑摆动的手持式激光焊设备，激光呈“8”字型或“O”型摆动，可以降低工件装配精度，焊接熔深增大。经过一系列的优化改进，目前常见的手持式激光焊设备功率0.5~1.5kW，设备大小及重量与氩弧焊焊机相当，可以焊接3mm及以下金属板。为了解决激光焊结构焊缝强度不足的缺点，近年设备厂家在激光焊的基础上集成自动送丝装置，研制出可以自动送丝的手持式激光填丝焊设备，基本满足了4mm以下薄金属板的焊接，基本可以替代和超过氩弧焊，实现高速度、低热输入、小变形、低成本环保焊接，同比条件下制造成本低于氩弧焊。

　　2 手持式激光焊的特点

　　2.1 手持式激光焊的优点

　　1)手持式激光焊具备激光焊的高效、低热输入、低成本环保的特点，同时由于焊枪前端通常设计了长导嘴，焊接过程中导嘴尖端可以贴住工件，沿工件形状进行移动，操作人员在使用过程中无需像手弧焊耗费力气克服焊枪自身的重力，且单手可以操作，因此，对焊工的技能水平要求较低，通常一个焊工从开始学习到熟练使用，只需要5~7d，而同等情况下，熟练手弧焊焊工需要耗费30d甚至更长。

　　2)对于较复杂的工件，其效率较传统手弧焊有了质的提升。在灵活性方面，焊枪可以个性化定制，可以适应各种狭小空间的焊接即手弧焊可以焊接的位置，手持式激光焊也能完成。

　　3)激光焊焊缝平滑美丽，焊缝金属体积小，适合外观要求高的部位，其常见的激光焊接头形式如图1所示，通常情况下3mm及以下常规接头均可使用手持式激光焊完成。

图1 常见激光焊接头形式

　　2.2 手持式激光焊的不足

　　1)由于激光对眼睛和皮肤无论是直射还是反射都有可能发生危险，在焊接铝、铝合金、铜、金、银等高反材料时，很大部分激光会被材料反射，激光属于不可见光，操作时需注意反射角度，使用手持式激光焊的工序需避免交叉作业，同时为防止激光设备区域内的激光反射、散射和漫散射造成人员伤害，需要设置隔离保护设施，操作人员需佩戴防激光眼镜。

　　2)对于常见的激光焊焊缝，要求工件装配后间隙≤0.1mm，为减少装配精度要求，降低配件制造成本，可使用手持式填丝激光焊及有摆动的手持式激光焊设备，可根据设备能力及产品情况进行不同间隙试验最终满足使用需求。

　　3)手持式激光焊由设备光纤传输激光，当设备传输线路弯曲半径过小时会造成光纤折损，因此应尽量避免焊接过程中弯曲角度过大。通常单次连续焊接焊缝的长度宜控制在人员活动范围内，对于长度超过2m的长直焊缝，可以考虑分段进行，并设置焊枪线缆悬挂装置。

　　4)手持式激光焊仍输入人工焊接，长时间作业会产生疲劳，对于焊接可达性好的长直焊缝，需要考虑专机或者自动化设备进行焊接。

　　3 不锈钢车体中的应用展望

　　不锈钢车体具有耐腐蚀性强、塑韧性好和免涂装等特点，备受客户青睐。不锈钢车体激光焊具有传统焊接无法比拟的优势，其焊接强度高，能有效减少缺欠，外观美观，因此备受推崇。

　　轨道车辆不锈钢车体通常都由薄板构成，轻量化设计的不锈钢车体(见图2)除底架结构承载部位板厚超过4mm外，其他部位均采用薄壁材料，板厚0.8~3mm。其中，顶盖部位最薄的波纹板仅0.8mm，而外表面要求的侧墙板及端墙板钢材料后续通常为2mm，均在手持式激光焊适用的板厚范围内。

图2 某轻量化不锈钢车体

　　3.1 美观要求焊缝应用展望

　　门框四周与侧墙蒙皮的搭接焊缝(见图3)，其位于车体客室进门处，端墙排水与端墙蒙皮的角接焊缝(见图4)，端部包边与侧墙蒙皮的搭接焊缝(见图5)，位于站台乘客的可见面，有着较高的焊缝美观度要求，采用手弧焊焊缝成形不美观，如全满焊，大的焊接热输入会造成外表面出现变形，但为保证车辆长时间运行不受腐蚀及结构需要，目前常规采用的方案是氩弧焊段焊+打胶处理的方式，而氩弧焊焊缝为鱼鳞状，焊缝位置不均匀时有出现，焊缝接头凹坑或者凸起，不美观，端焊间隙打胶处理操作繁琐，胶缝厚度小，易老化脱落，维护成本高。

图3 门框四周与侧墙搭接

　　图4 端墙排水与蒙皮角接

　　图5 端部包边与蒙皮搭接

　　上述位置的焊缝，通常焊缝接头位置间隙能够控制在0.1mm以内，采用手持式激光焊，可以完全替代氩弧焊+打胶的方式，大幅度降低制造成本，提升效率，焊缝焊后平直均匀，无需打磨，可以提升客户满意度。

　　3.2 变形大焊缝应用展望

　　顶盖上方隔板与弯梁的搭接焊缝、隔板与底板的角接焊缝(见图6)，每条长度约3m，在使用手弧焊时，热输入大，即使采用分段跳焊，焊后变形仍然较大，底板处超过5mm，隔板处变形超过10mm，需要耗费大量人力和物力进行调修，采用手持式激光焊，焊接热输入大幅减少，焊接速度可以提升3倍以上，可以大大降低后续调修校形的工作，同时焊缝成形美观，接头缺欠少，可以减少接头修磨，从而降低成本，提升效率。

图 6 顶盖上方隔板位置的连接

　　4 结束语

　　目前，轨道客车不锈钢车体逐步采用先进的激光焊技术，相应的技术标准也在逐步完善，激光焊的接头疲劳强度、机械强度均优于传统弧焊，在轻量化设计的不锈钢车体制造中，手持式激光焊灵活性更高、适用范围更广，随着该技术的不断进步，设备成本的不断降低，使用手持式激光焊可以降低成本、提升效率、提升客户满意度，可以预见未来在不锈钢车体中将逐步替代手弧焊。

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