引 言 目前，我国轨道交通正面临着发展高速客车、地铁客车、轻轨车以及高速重载货车，列车的轻量化是提高列车速度的首选条件。铝合金具有质量轻、耐腐蚀、外观平整度好、容易制造复杂曲面、比强度高等优点，可以减轻自重减小运行中的阻力，降低能耗，增加载重，因此在世界各国铁道运输业得到了大力发展。车体、转向架作为高速列车上的重要组成部件, 其质量影响着整个高速列车的安全。随着我国高速铁路的飞速发展，车体材料也由普通合金钢材料发展到不锈钢、铝合金型材。材料的变更，自然也带动了加工技术的改进，激光切割、激光焊接的先进技术也随之引进到铁道车辆的制造生产线中。 2 激光加工技术在轨道车辆制造中应用分析 车体、转向架的制造工艺流程，主要内容如下：下料（包括板材、型材）-零件加工成型-部件组焊-部件焊接-部件调修-总成组装-总成焊接-完成品检验。 现阶段激光技术在轨道车辆制造领域主要应用于板材及型材下料、关键部件焊接、自动生产线物料运输和标识移植等场所。 2.1 激光切割在备料生产中的应用 激光切割相对火焰切割，具有以下优点：（1）切割速度快；（2）工件变形小；（3）切割精度高，小孔可以直接切割成型；（4）可以节省材料。 鉴于激光切割的优点，现在激光切割设备已在轨道车辆制造行业得到大规模使用。以某铁道车辆制造公司为例，该公司在2012年度制造产品主要是高速动车组和城市地铁。高速动车组车体采用铝合金型材及板材，其6mm以下板材的完全采用激光下料和剪板机下料；高速动车组转向架采用耐候钢板，其中12mm以下板材采用6kW激光切割机进行下料；地铁车体采用不锈钢车体，其中6mm以下板材的完全采用6kW激光下料和剪板机下料；地铁转向架采用低合金结构钢Q345C，其中14mm以下板材采用激光切割机进行下料，具体详见表1。
2.2 激光在轨道车辆焊接生产中的应用进展
2.2.1 激光焊在不锈钢车体焊接中的应用 城市地铁车体多采用不锈钢车体，以前采用MIG焊接技术，焊后由于焊接热影响及变形等原因，需对车体进行涂装作业，以改善其外观。 作为十五科技发展计划课题，不锈钢车体车体研制中采用电阻点焊和激光焊接技术改善外观。通过大量的工作试件的制作与分析，不仅获得了1~6mm不锈钢接头焊接的技术规范（例如坡口准备、焊接电流、焊接电压、焊接速度、保护气体成分及流量等），检验了焊接接头的抗拉强度、屈服强度、硬度、疲劳曲线等技术指标，而且完成不锈钢车体端墙激光焊接样件的制作与评定。目前，不锈钢车体激光焊接技术已应用到北京地铁14号线、成都地铁2号线等订单项目。 2.2.2 激光-MIG复合焊在铝合金车体焊接中的应用 20世纪80年代以来，由于节约能源、保护环境和减少污染的迫切需要，世界各国加速交通运输工具轻量化的进程，以铝合金、镁合金等轻质材料代替钢铁材料成为车辆轻量化的发展方向[1~2]。目前国外车辆采用铝合金材料使列车轻量化的情况见表2所示；国内除中国南车青岛四方机车车辆股份有限公司生产铝合金车体外，中国南车集团南京浦镇车辆厂、株洲电力机车厂、中国北车集团长春轨道客车公司、唐山轨道客车厂也具备了批量生产铝合金车体的条件。由此可以看出，生产制造铝合金车体是铁路运输事业和城市轨道车辆发展的必然趋势。 激光-电弧复合热源焊接综合了激光和电弧各自的优点，具有激光焊接的高速度、高效率、低热输入和电弧焊接良好的桥联性和填充金属熔敷效率高的特性[3~5]。近年来，铝合金激光-电弧复合热源焊接的研究异常活跃，并开始走向工业应用，如大众汽车公司已将激光-电弧复合热源焊接技术应用于Phaeton轿车铝合金车门和奥迪A8铝合金轿车侧顶梁的焊接[6~9]。 轨道车辆制造领域尚未应用激光复合焊接技术，正处于技术研发阶段，十一五科技支撑计划研究课题已完成5083、6005A、6N01、7N01 材料的焊接接头性能研究，并建立了焊接规范数据库。下阶段的任务是完成车体端墙、端部侧墙等样件的试制，完成生产线改造及小批量产品试制。研究所用的是5kW的CO2激光器，电弧功率1kW。利用激光-旁轴MIG电弧复合热源焊接5083、6005A、6N01、7N01等铝合金，一定程度上解决了单激光束焊接铝合金时的反射率高、焊接熔深浅的问题。 2.2.3 激光-MAG复合焊在高速转向架制造的应用 高速转向架主要使用板材为进口钢板SMA-490BW，S355J2和国产钢板Q345系列等合金钢板材的中厚板。这些类型的钢板焊接现在多采用熔化极气体保护焊（135）。为提高焊接稳定性，各生产厂家均引进焊接机械手，用于主要部件长直缝的焊接。为保证熔透，需要开具不同规格的坡口，一般仅保留1mm的钝边。由于激光复合热源充分发挥了激光和电弧的优势，有效地提高了焊接效率；达到相同焊接要求，激光所需功率大大降低，减少了设备投入和焊接成本消耗，且可以采用较大的钝边。近几年来, 考虑其经济性和实用性的优势，为将使激光-电弧复合焊接技术在轨道车辆制造的应用更加广泛，提高动车组转向架制造水平和安全系数。2011年铁道部科研项目《装备制造工艺技术研究-和谐2型动车组制造工艺优化研究》立项，项目编号2011J018-B，开展转向架激光复合焊接新技术工程化应用的研究。该项目目前已处于验收阶段，经过对170余组试件的制备与分析, 获得了6~24mm耐候钢板焊接的技术规范和试件准备要素、激光与MAG焊接复合技术的机理、激光利用效率，完成了关键部件侧梁和纵向梁的激光-MAG复合焊接样件制备和分析。下一步的工作重点是完成焊接生产线焊接机械手的激光头配装改造和小批量试制及产品型式试验。 2.3 激光在轨道车辆制造的其他应用 激光技术在轨道车辆制造领域的应用不仅是作为切割能源用于切割和作为焊接能源用于关键部件的焊接，还有其他的应用领域。主要体现在： 2.3.1 在自动焊接设备中作为定位与跟踪的关键装置——激光扫描跟跟定位系统。该装置由设备制造厂家研制，随焊接机器人或焊接机械手提供。 2.3.2 中国南车青岛四方机车车辆股份有限公司构建了焊接构架自动焊接生产线，其物料运输的AGV小车，采用激光导向和定位技术。该技术可以扩展使用到其他自动物流系统。 2.3.3 在质量控制体系中，引入微痕标识和条形码管理系统，也采用了激光加工技术。所谓的微痕标识，是利用激光打标机在板材零件上刻打深度为0.1mm的零件编码，用于实现钢板材料原始信息和零件名称、代号等编码信息的标识移植。通过有效管理，可以实现产品的全过程质量追踪，提高质量管理水平。 3 结束语 3.1 激光切割技术已经在轨道车辆制造领域得到广泛应用，部分产品的激光切割材料比例已超过60%。 3.2 激光焊接技术在轨道车辆制造领域应用还刚起步，处于研发阶段。现阶段已完成部分部件的试制和焊接机理研究，下一阶段的任务是深入研究和应用推广。 3.3 激光用于跟踪和导向系统，现已正式应用。系统的扩展应用需要扩大自动焊设备和自动物料运输系统的应用范围。 3.4 激光在轨道车辆制造领域还有很多方向需要投入研究，如机车曲轴和动车轮轴的表面改性技术、激光热喷涂堆焊修复技术等。