关键词：激光加工技术；城市轨道车辆；制造应用
根据中华人民共和国住房和城乡建设部2007年发布的《城市公共交通分类标准》（CJJ/T 114-2007）定义，城市轨道交通指的就是使用轨道结构进行承重和导向的车辆运输系统，轨道线路为封闭式或半封闭式，以列车或单车形式，运送一定规模客流量的公共交通方式。城市轨道交通包括地铁、轻轨、单轨、有轨电车、磁悬浮、自动导向轨道以及市域快速轨道等多个系统。作为现代化城市公共交通的骨干，城市轨道车辆具有节能、减排、省地、运送量大、全天候且安全系数高等特点，属于绿色公共交通方式，对于城市的可持续发展能够起到一定的帮助作用。
一、车辆激光焊接技术
车辆的转向架以及车体是构成城市轨道车辆的主要部分，材质的发展也经历了多次革新，从最初的普通合金钢发展至不锈钢，再到现在的铝合金。至于加工工艺则普遍转向激光焊接这类新技术。
1、激光拼焊
激光拼焊目前被认为是发展前景最大的一种焊接技术，属于无接触焊接。该技术最大的特点是能够对种类不同、厚度不同以及表面处理不同的钢材进行统一焊接，与之对应的焊接技术是电阻滚压焊接。在城市轨道车辆制造的过程中，通过对不同的材质进行拼接，能够使车辆质量及经济效益达到一个平衡点，在降低车身自重的同时为宽体车辆的制造奠定了基础。相比较传统的焊接技术，高技术对于各类材料的利用率明显上升，同时还降低了制造成本，可谓一举多得[1]。
2、激光阻焊
激光阻焊是当前城市轨道车辆中使用最广泛的一种焊接技术，可以说目前已投入使用的城市轨道车辆80%以上都使用了激光阻焊技术。激光阻焊能够实现双件组焊、多件组焊或是将已经切割形成各类构件进行局部焊接，方便后期拼接成一个整体。激光阻焊的焊接强度在目前已使用的焊接技术中最高的，能够显著改善车身强度、刚度以及封闭性。焊接过程中对于材料的影响也比较小，并且焊接速度较快，适合柔性化生产，企业的投资收效较高。激光阻焊因其突出的优点而被广泛应用，但该技术的缺点也同样明显，就是对夹具、材料以及检测精度的要求较高，焊接成型后二次修改成本和难度较大，并且前期的投资量也比较大，中小型企业难以承受。
3、激光电弧复合焊
激光电弧复合焊通常应用于不锈钢车体制造以及车辆的转向架制造。在以往的车体制造过程中，由于电弧焊接后对于不锈钢体的表面影响较大，通常会在焊接处进行表面涂装，弥补焊接处美观性不足的缺陷。近年来随着科学技术的发展，激光电弧复合焊技术也有了一定程度上的更新，比如使用激光或电阻焊进行焊接。在长期的技术实践及经验积累过程中，不锈钢接头焊接技术规范、疲劳曲线、硬度、抗拉及屈服强度等技术指标相继被确立，车体激光焊接的样件也已经制作并评价完成；在车辆转向架的制作过程中，通常会使用较厚的合金钢板材，在焊接方面会选用熔化极气体保护焊。该技术发展至今日，焊接机械臂已经基本取代了人工焊接，尤其是长直缝焊接，在稳定性方面提升较大。对于转向架的焊接激光电弧复合焊的效率比较高，在人工成本方面投入较少，焊接成本较低[2]。
二、车辆激光切割技术
1、激光切割技术特性
激光切割技术在城市轨道车辆制造中已被广泛应用，切割范围基本涵盖车辆各个部位，如车体、内装、转向架及其它部位等，切割方式以二维切割为主。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆激光切割相比较传统的切割方式在精度、质量方面有着明显的提升，能够切割出任何想要的形状或大小。碳合金钢、不锈钢以及铝合金板通常使用固体激光切割机进行切割，在质量及速度方面有较高的保证。以南方沿海地区某车辆制造企业为例，该企业所制造的城市轻轨车辆车体材料以不锈钢为主，转向架材料为Q345C低合金结构钢。在切割车体时使用6KW激光和剪板机对6mm以下的板材下料；在切割转向架时使用激光切割机对14mm以下板材进行下料。
2、下料环节激光切割
在制造城市轨道车辆前，应提前准备好各类材料，在这个环节中激光切割技术非常重要。激光切割与传统切割（火焰切割）方式相比较，不仅切割速度快，而且切割精度高，适用于各类材料的切割，并且在经济适用性方面的表现尤为突出。一南方沿海地区某车辆制造企业为例，该企业所制造的轨道车辆车体为铝合金板材及型材，使用激光和剪切板对6mm以下的板材下料；转向架使用6KW激光切割机对12mm以下的板材下料。
3、三维激光切割
三维激光切割技术以三维数据模型为基础，与之对应的是二维平面切割。三维激光切割技术是一种新技术，尚未得到大规模普及，目前只应用于三维冲压件的切割及割孔，整套切割设备中配有机械手、光纤激光、监控装置、除尘系统、交换工作台以及封闭切割间。适用于复杂零件的切割，对于质量及污染的控制效果较好。在城市轨道车辆制造过程中，通常用于已组成部件的后加工，能够显著改善部件质量，提高部件的坚固性和耐久性。激光切割技术经过近几年的发展，总体上已经趋于完善，正在不断地被应用于各大制造生产行业中[3]。
三、轮轨表面激光改性技术
城市轨道车辆主要依靠车辆底盘上所安装的轮轨来完成转向、前进、后退以及刹车等多项任务。轮轨在滚动过程中会受到各种荷载作用，在长期作用力的影响下，会导致轮轨产生车轮轮缘、钢轨侧磨、轮轨剥离以及表面擦伤等多种情况。在这种情况下，就要使用激光熔覆、激光淬火等多种表面处理工艺对轮轨的表面进行物理强化，以达到提高轮轨耐磨性、耐久性的目的。
1、激光熔覆工艺
激光熔覆技术属于一种比较先进的表面处理工艺，属于激光加工的范围内。在使用该技术进行加工前，要先将需要的涂层材料放置于轮轨表面，然后使用该技术中特有的激光对涂层材料进行熔化，使之与轮轨表面共同熔凝，形成覆盖层，该覆盖层具有无气孔且裂纹优质的特点，并且抗氧化性、抗热变形性、抗腐蚀性以及抗磨损性等都比较突出，能够明显提升轮轨的使用寿命。
2、激光淬火处理
激光淬火技术是一种比较传统的表面处理工艺，也是当前使用最广的一种表面处理技术。通过外界温度的快速升高或降低，使轮轨表层晶粒的极细密度和位错密度增加，在增加后会形成压应力，进而改善增加轮轨的各种基础属性，延长轮轨的工作寿命。通过对比使用激光淬火技术前后的轮轨可以发现，处理后的轮轨表面硬度明显增加，磨损率比处理前降低了60%。即便是有损伤，也在可接受范围内，常以小麻点或是剥落的形式体现，对于钢轨质量有着十明显的提升[4]。
结束语
随着国家建设城市轨道的力度不断加大，轨道车辆出行必然成为未来的一种趋势。车辆轻量化、制造高效化是在未来相当长的一段时间内都将成为轨道车辆制造的大方向。随着激光焊接技术、激光切割技术以及轮轨表面激光改性技术的广泛应用，必然会将城市轨道车辆的发展推向一个新的高度，值得大力推广。
参考文献
[1]王占海.浅析激光技术在材料加工产业中的应用[J].信息记录材料,2019(5):10-11.
[2]陈旭阳.金属材料加工工艺中激光技术的应用[J].中国高新科技,2019(11):62-64.
[3]崔西会,方杰.激光增材技术在共形天线制造方面的应用[J].电子工艺技术,2019(4):23-24.
[4]葛良辰,马剑军,曹宇鹏.激光微加工在微织构技术中的应用及研究进展[J].激光与红外,2019(8):33-34.
论文作者:陈轼
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第15期
论文发表时间:2019/12/12
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