手持式激光焊接在机车侧墙蒙皮焊接中的应用

钟俊林; 李强; 周天星; 杨少龙; 温明明; 邓敏

doi:10.7512/j.issn.1001-2303.2026.06.15

焊接设备 | 浏览量 : 0 下载量: 27 CSCD: 0

PDF
导出
分享
收藏
专辑

手持式激光焊接在机车侧墙蒙皮焊接中的应用
Application of Handheld Laser Welding in Locomotive Side Wall Skin Welding
2026年56卷第6期页码：119-128
收稿：2026-04-10，

修回：2026-06-03，

纸质出版：2026-06-20
DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2026.06.15
稿件说明：

移动端阅览

钟俊林，李强，周天星，等.手持式激光焊接在机车侧墙蒙皮焊接中的应用［J］.电焊机，2026，56（6）：119-128. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2026.06.15.

ZHONG Junlin, LI Qiang, ZHOU Tianxing, et al.Application of Handheld Laser Welding in Locomotive Side Wall Skin Welding[J].Electric Welding Machine, 2026, 56(6): 119-128. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2026.06.15.

摘要

针对手持式激光焊接Q345NQR2耐候钢气孔敏感性强、角焊缝根部熔合困难的问题，以功率补偿为关键工艺变量，研究其对焊接头成形与气孔的影响规律，确定各接头最优工艺窗口，并通过工艺评定与工程应用验证其可行性。设计5类接头焊接工艺试验，研究功率补偿（0~90%）对接头宏观形貌、根部熔深及气孔的影响；依据ISO 15614-11：2022进行工艺评定；研制工装实现1 850 mm长直对接焊缝机械手自动化焊接；按EN 15085-4完成焊工培训与考核。结果表明：全熔透对接焊缝排气充分、气孔少，满足ISO 13919-1：2021 B级，而带垫板焊缝因排气受限易产生条虫状气孔；功率补偿调控激光能量分布，对接焊缝功率补偿为0时呈Ⅰ型成形良好，角焊缝功率补偿≥60%时焊缝由倒M型转为U型、根部完全熔合；卷边焊缝因送丝定位困难不适用。经工艺评定，对接焊接头抗拉强度506~517 MPa，均断于母材外侧；该工艺已应用于4台出口机车侧墙焊接，焊后平面度优于富氩气保焊，车体静强度试验后焊缝无缺陷，表明手持激光焊接工艺可满足轨道车辆薄壁结构的工程要求。

Abstract

To address the strong porosity sensitivity and difficulty in root fusion of fillet welds during handheld laser welding of Q345NQR2 weathering steel

power compensation was taken as the key process variable to investigate its effects on weld formation and porosity

determine the optimal process windows for various joint types

and verify the feasibility through procedure qualification and engineering application. Welding tests were designed for five joint types to systematically study the effects of power compensation (0-90%) on weld macro-morphology

root penetration

and porosity; procedure qualification was conducted per ISO 15614-11:2022; tooling was developed to enable robotic welding of 1 850 mm long butt seams; welder training and qualification were completed per EN 15085-4.

Results

show that full-penetration butt welds allow sufficient gas escape with few pores

meeting ISO 13919-1:2021 level B

while backed butt welds are prone to wormhole porosity due to restricted gas escape. Power compensation regulates laser energy distribution: butt welds form I-type profile at power compensation of 0

while fillet welds transform from inverted-M to U-type with complete root fusion at power compensation ≥60%. Flanged joints are unsuitable due to wire feeding and positioning difficulties. Qualified butt weld tensile strength reaches 506-517 MPa with fractures outside the weld. The process has been applied to four export locomotive side walls

achieving better flatness than GMAW and no weld defects after carbody static strength testing

demonstrating that handheld laser welding can meet the engineering requirements for thin-walled structures in rail vehicles.

关键词

Keywords

references

曹媛，闵阳春，金希红，等 . 机车车体轻量化技术研究［J］. 电力机车与轨道车辆， 2019 （ 4 ）： 32 - 36 .

CAO Y ， MIN Y C ， JIN X H ， et al . Research on lightweight technology of locomotive carbody ［J］. Electric Locomotives & Mass Transit Vehicles ， 2019 （ 4 ）： 32 - 36 .

鲍洪阳，王亚男，严格格 . 两种轨道市域车辆司机室与客室拼焊结构的焊接变形与工艺性分析［J］. 电焊机， 2026 ， 56 （ 1 ）： 96 - 101 .

BAO H Y ， WANG Y N ， YAN G G . Welding deformation and process analysis of two types of welded structures for urban rail vehicle cab and passenger compartment ［J］. Electric Welding Machine ， 2026 ， 56 （ 1 ）： 96 - 101 .

尹东坤，徐锴，滕彬，等 . 万瓦级激光高效焊接研究现状［J］. 电焊机， 2024 ， 54 （ 5 ）： 1 - 16 .

YIN D K ， XU K ， TENG B ， et al . Research status of high-efficiency 10000 W laser welding ［J］. Electric Welding Machine ， 2024 ， 54 （ 5 ）： 1 - 16 .

牛广浩，关旭东，丁超，等 . 镀锌板手持激光焊接工艺研究［J］. 电焊机， 2025 ， 54 （ 12 ）： 79 - 83 .

NIU G H ， GUAN X D ， DING C ， et al . Research on handheld laser welding technology of galvanized sheets ［J］. Electric Welding Machine ， 2025 ， 54 （ 12 ）： 79 - 83 .

丁正祥，王彦龙，曹旭武，等 . 船用新型TA3钛板手持激光填丝焊接头组织与力学性能研究［J］. 电焊机， 2024 ， 54 （ 12 ）： 21 - 27 .

DING Z X ， WANG Y L ， CAO X W ， et al . Study on microstructure and mechanical properties of handheld laser wire filling welded joint of new TA3 titanium plate for ships ［J］. Electric Welding Machine ， 2024 ， 54 （ 12 ）： 21 - 27 .

张迪，赵琳，刘奥博，等 . 激光能量对激光焊接接头熔化形状、气孔和微观组织的影响及其调控方法［J］. 中国激光， 2021 ， 48 （ 15 ）： 1502005 .

ZHANG D ， ZHAO L ， LIU A B ， et al . Understanding and controlling the influence of laser energy on penetration， porosity， and microstructure during laser welding ［J］. Chinese Journal of Lasers ， 2021 ， 48 （ 15 ）： 1502005 .

侯豁然，付俊岩 . 我国铁道车辆用高强度耐大气腐蚀钢的进展［J］. 钢铁， 2004 ， 39 （ 6 ）： 71 - 74 .

HOU H R ， FU J Y . Progress of high-strength atmospheric corrosion resistant steel for railway vehicles in China ［J］. Iron and Steel ， 2004 ， 39 （ 6 ）： 71 - 74 .

陈苗苗，文梦蝶，郑文海，等 . 6061铝合金薄板激光焊接气孔控制研究［J］. 机械设计与制造， 2024 （ 10 ）： 358 - 363 .

CHEN M M ， WEN M D ， ZHENG W H ， et al . Research on pore control in laser welding of 6061 aluminum alloy thin sheets ［J］. Machinery Design & Manufacture ， 2024 （ 10 ）： 358 - 363 .

刘超 . Q345NQR2耐候钢薄板激光焊接接头拉伸与疲劳性能研究［D］. 吉林：吉林大学， 2020 .

LIU C . Study on tensile and fatigue properties of laser welded joints of Q345NQR2 weathering steel thin sheet ［D］. Jilin ： Jilin University ， 2020 .

ISO 13919-1：2021 ， Welding—Electron and laser-beam welded joints—Guidance on quality levels for imperfections — Part 1： Steel， nickel and its alloys， titanium and its alloys ［S］. Geneva ： International Organization for Standardization ， 2021 .

ISO 15614-11：2022 ， Specification and qualification of welding procedures for metallic materials — Welding procedure test — Part 11： Electron and laser beam welding ［S］. Geneva ： International Organization for Standardization ， 2022 .

机械工业哈尔滨焊接技术培训中心 . 国际焊接工程师培训教程-第一册［M］. 北京：中国科学技术出版社， 2023 ： 248 .

欧洲标准化委员会 . EN 15085-4：2023，轨道应用—轨道车辆及其部件焊接—第4部分：生产要求［S］. 布鲁塞尔： CEN ， 2023 .