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        軌道客車(chē)主要包括高速動(dòng)車(chē)組、城際動(dòng)車(chē)組、干線(xiàn)鐵路客車(chē)、城軌地鐵及有軌電車(chē)等車(chē)輛形式。以車(chē)輛材料屬性進(jìn)行劃分，主要采用鋁合金、不銹鋼、碳鋼三種金屬材料。不同材料車(chē)輛呈現不同的技術(shù)特點(diǎn)：碳鋼車(chē)體制造成本低，工藝性、維護性好，被大量應用于轉向架構架及時(shí)速120~200km之間的普通客車(chē)車(chē)體；時(shí)速120km以下的城軌地鐵車(chē)體更多選用耐蝕性、輕量化更有優(yōu)勢的高強不銹鋼作為主要材料；針對更高速度等級的動(dòng)車(chē)組及部分城軌地鐵，則選擇輕量化效果最好，氣密性最優(yōu)的鋁合金材料。我國軌道交通線(xiàn)路條件多變、運營(yíng)環(huán)境復雜，產(chǎn)品譜系多樣，因而三種材料的車(chē)輛均得到了大規模應用。

1.1  鋁合金車(chē)體

        鋁合金是當前時(shí)速300km以上速度等級高速列車(chē)長(cháng)大車(chē)體的最佳且最成熟的選擇形式。從5000系鋁合金板梁結構到6000系鋁合金雙面擠壓型材結構，鋁合金車(chē)輛發(fā)展經(jīng)歷了4個(gè)階段。目前，國內的和諧號、復興號，日本的新干線(xiàn)、德國的ICE3以及絕大部分的地鐵產(chǎn)品基本以四代雙面型材結構為主。高速動(dòng)車(chē)組鋁合金車(chē)身主要采用通長(cháng)中空薄壁型材的輕量化插接結構，車(chē)體沿通長(cháng)方向呈現一致的斷面結構，具有工藝過(guò)程簡(jiǎn)單、便于實(shí)現自動(dòng)化焊接的技術(shù)特點(diǎn)。

電弧焊是鋁合金車(chē)輛當前主流的連接方法，具有作業(yè)方式靈活、工程適應性強的技術(shù)特點(diǎn)，可平焊，也可立焊、橫焊，甚至仰焊，可單層熔透、也可多層填充。車(chē)體長(cháng)大型材通常采用自動(dòng)MIG焊接，空間位置受限時(shí)，輔以半自動(dòng)MIG焊。據粗略統計，動(dòng)車(chē)組鋁合金車(chē)體電弧焊占80%以上，從當前乃至未來(lái)相當長(cháng)的一段時(shí)間來(lái)看，電弧焊仍將是軌道交通裝備制造領(lǐng)域不可或缺的焊接方式，且仍將占據主流地位。

目前鋁合金車(chē)體電弧焊技術(shù)已相對成熟，在保證產(chǎn)品質(zhì)量穩定的前提下，通過(guò)自動(dòng)焊接機器人的深入應用，提高了焊接效率。然而，隨著(zhù)車(chē)輛速度等級的不斷提升，對車(chē)體強度、輕量化以及耐蝕性等方面提出了更高的要求，傳統的電弧焊技術(shù)也暴露出許多問(wèn)題：第一，鋁合金熱導率高、膨脹系數大，電弧焊變形較大，且容易產(chǎn)生未熔、氣孔、咬邊等焊接缺陷

第二，高速動(dòng)車(chē)組側墻、車(chē)頂、地板等部件通常采用長(cháng)度20 m以上的長(cháng)大鋁型材，這些型材在加工和裝配精度上的限制，加上焊接過(guò)程中熱量、應力和應變的累積，易導致焊接狀態(tài)前后不統一，影響連續焊接的穩定性。此外，焊后需進(jìn)行調修矯形及打磨整形，增加了大量的輔助工作降低了生產(chǎn)效率；第三，電弧焊飛濺較多，影響表面質(zhì)量，并且對于厚板焊接也增加了層間清理的工作量；第四，電弧焊接過(guò)程產(chǎn)生的弧光、煙塵、噪音和粉塵污染，對勞動(dòng)環(huán)境造成嚴重影響，勞動(dòng)環(huán)境亟需改善。

基于這些問(wèn)題，鋁合金車(chē)體焊接技術(shù)的改進(jìn)應聚焦于控制焊接變形、殘余應力、焊接缺陷等。通過(guò)引入高能電弧及復合電源、綠色攪拌摩擦焊技術(shù)，推廣自動(dòng)焊接技術(shù)，優(yōu)化組裝、定位、清理、打磨等配套技術(shù)，結合數字化產(chǎn)線(xiàn)的建設進(jìn)行轉型升級，提升焊縫質(zhì)量穩定性，控制焊接變形，提升焊接效率，同時(shí)面向極端工況開(kāi)展工程適應性拓展，面向極端服役條件深化性能評估評價(jià)技術(shù)研究。 

1.2 不銹鋼車(chē)體

不銹鋼車(chē)輛具有無(wú)涂裝、免維護、耐蝕性好、安全性高、污染小的技術(shù)特點(diǎn)，但同時(shí)存在氣密性差、變形控制難度大，工裝、模具數量多的不足。目前，不銹鋼車(chē)輛主要用于時(shí)速120km以下的城軌地鐵領(lǐng)域，如北京地鐵、青島地鐵、芝加哥地鐵等。軌道客車(chē)用不銹鋼材料主要包括SUS 301L、EN 1.4318超低碳、高強冷作硬化不銹鋼薄板，少量采用SUS 304材料，這些均為奧氏體不銹鋼，常用厚度為0.6~5.0mm。根據軋制程度不同，僅SUS 301L一種材質(zhì)的鋼板就可形成五種不同強度級別的材料，抗拉強度550MPa至1000MPa不等，這一特性也是高強冷作硬化不銹鋼板的技術(shù)特點(diǎn)和工程優(yōu)勢，可根據不同部位的承載需求，選用相同材質(zhì)、不同強度級別的鋼板進(jìn)行使用。不銹鋼車(chē)體主要采用板梁組合、整體承載的高強冷作硬化不銹鋼焊接結構，目前以電阻焊工藝為主，輔以電弧焊等多種焊接方法的工藝模式。

電阻焊具有變形小、成本低、自動(dòng)化程度高、污染小的工程特點(diǎn)，是不銹鋼車(chē)體應用最廣的焊接形式，每輛車(chē)焊點(diǎn)約2萬(wàn)~3萬(wàn)個(gè)。當前，電阻焊在不銹鋼車(chē)輛中的應用形式有點(diǎn)焊和縫焊兩種，其中縫焊用于車(chē)輛蒙皮的拼接，而點(diǎn)焊多用于骨架梁以及骨架梁與蒙皮之間的連接。盡管電阻焊技術(shù)相對成熟，但仍需深入研究。首先，面向無(wú)涂裝的不銹鋼車(chē)輛，如何在保障點(diǎn)焊連接強度的同時(shí)減輕焊點(diǎn)壓痕，提升車(chē)輛商品化質(zhì)量是電阻焊長(cháng)期面臨的技術(shù)難題。其次，電阻點(diǎn)焊焊點(diǎn)不連續導致氣密性較差，也是目前不銹鋼車(chē)輛難以達到時(shí)速200km以上的最主要的原因之一。而現在的密封點(diǎn)焊的密封性能不及弧焊，也無(wú)法做到與車(chē)輛等壽命，而且電阻焊缺乏成熟可靠的無(wú)損檢測手段和完善的服役評價(jià)體系，無(wú)論在國際標準、歐洲標準，還是在美國標準體系中，其疲勞極限及強度計算數據都不及電弧焊成熟，這也從某種角度限制了電阻焊的工程應用。電阻點(diǎn)焊的搭接接頭形式也易造成間隙腐蝕、電偶腐蝕等工程問(wèn)題，也需要從結構和工藝的角度去預防、控制?？偟膩?lái)說(shuō)，電阻焊技術(shù)需在電源形式、質(zhì)量?jì)?yōu)化、壓痕減輕、過(guò)程監控、服役評價(jià)、腐蝕防護等方面進(jìn)行深入研究。近年來(lái)，軌道車(chē)輛電阻焊通過(guò)集成磁控技術(shù)、過(guò)程編程及干涉分析、自動(dòng)檢驗及智能監控等技術(shù)手段，實(shí)現了數字化升級，過(guò)程更高效，質(zhì)量更可靠，尺寸更精確，監控更及時(shí)。

電弧焊以其位置可達性好、作業(yè)靈活、材料適應性強、成本較低等特點(diǎn)，在不銹鋼車(chē)體中也得到了廣泛應用。但是它面臨的問(wèn)題與鋁合金電弧焊相似，主要包括：對于冷作硬化不銹鋼材料，焊接會(huì )導致較為明顯的強度損失，如高強不銹鋼焊后強度損失約40%~50%；焊接變形大、飛濺嚴重，焊縫余高明顯等，這些問(wèn)題對于無(wú)涂裝的不銹鋼產(chǎn)品影響更加顯著(zhù)。針對不銹鋼電弧焊的這些特點(diǎn)和問(wèn)題，一方面可以考慮引入其他熱輸入小，外觀(guān)質(zhì)量佳的焊接方法，如TIG-SPOT、CMT、激光焊等；另一方面，需針對焊前清理、裝配、焊接工藝、反變形控制等方面開(kāi)展研究，避免調修、減少打磨，提升焊縫外觀(guān)。

1.3 碳鋼車(chē)體及構架

碳鋼的焊接性及冷成形性?xún)?yōu)良，且成本效益好，是軌道客車(chē)不可或缺的材料形式。碳鋼車(chē)體及轉向架構架主要采用低合金結構鋼和耐候鋼等碳鋼材料，典型產(chǎn)品如時(shí)速160km集中動(dòng)力車(chē)體和中老瀾滄號車(chē)體，以及動(dòng)車(chē)組轉向架等，如圖7和圖8所示。碳鋼的焊接工藝性?xún)?yōu)于不銹鋼和鋁合金，其電弧焊接接頭的效率能實(shí)現與母材等強。在鋁合金、不銹鋼和碳鋼三種金屬材料中，相同結構形式的碳鋼構件焊接變形最小，經(jīng)過(guò)多次焊接或者火焰調修矯形后，其強度損失較小。碳鋼的焊接冶金特性良好、合金體系相對簡(jiǎn)單，焊接缺陷形成的概率及元素燒損造成的性能下降等在三類(lèi)金屬材料中也是最小的，車(chē)輛即使發(fā)生裂紋故障，也不像鋁合金材料那樣敏感，可維護性良好，質(zhì)量控制難度相對較小，對操作人員要求也相對較低，這些優(yōu)點(diǎn)保障了其大規模工業(yè)化生產(chǎn)。然而，碳鋼作為一種傳統材料也存在明顯的缺點(diǎn)。例如，與鋁合金相比，碳鋼的輕量化優(yōu)勢不明顯，也無(wú)法制成中空型材，這與車(chē)輛不斷提升的速度等級引發(fā)的輕量化需求趨勢相矛盾；碳鋼的強度低于高強冷作硬化不銹鋼，因而選材厚度大于不銹鋼，且耐蝕能力較弱，需要增加厚涂層和重防腐措施來(lái)保證其長(cháng)期服役性能，這同樣不適應車(chē)輛高強、輕量的發(fā)展趨勢以及綠色、環(huán)保的制造需求。

目前軌道客車(chē)碳鋼車(chē)體及構架幾乎全部采用MAG電弧焊，焊接效果良好，但多層多道的連續焊接效率較低，層道間質(zhì)量問(wèn)題也時(shí)有發(fā)生，因此圍繞質(zhì)量控制和焊接效率兩方面也需重點(diǎn)提升。綜合考慮碳鋼構件的成本效益，可通過(guò)引入雙絲弧焊實(shí)現大熔深、高效焊接。針對2.5~3.0mm耐候鋼薄板電弧焊變形嚴重的問(wèn)題，低熱輸入的電阻點(diǎn)焊、激光焊也具備良好的應用前景。針對碳鋼構架中厚板，可通過(guò)激光-電弧復合焊實(shí)現大熔深、小變形、高效率焊接。