軌道交通焊接工藝及其價(jià)值分析

張群

摘要：軌道車輛對(duì)現(xiàn)代生產(chǎn)加工行業(yè)與社會(huì)發(fā)展的作用越來(lái)越大，因此在近年來(lái)的發(fā)展速度也越來(lái)越快。隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人們生活節(jié)奏的加快，人們對(duì)于軌道車輛的質(zhì)量與安全性要求在不斷提升，進(jìn)而對(duì)軌道交通的焊接工藝也有了更高的要求。軌道交通中的焊接工藝對(duì)于軌道車輛的質(zhì)量以及制造成本有很大的影響，提升軌道交通的焊接工藝不僅能夠提升焊接制造水平，同時(shí)也能夠提升軌道車輛的生產(chǎn)效率與生產(chǎn)效益。為此，主要針對(duì)軌道交通的焊接工藝與價(jià)值進(jìn)行分析，希望能夠促進(jìn)我國(guó)軌道交通行業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：軌道交通；焊接工藝；價(jià)值

中圖分類號(hào)：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.15.096

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，軌道交通逐漸成為了人們工作與生活中的重要交通方式，軌道交通對(duì)于各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展都起到了很重要的作用，同時(shí)也在各個(gè)領(lǐng)域中進(jìn)行了廣泛的應(yīng)用。焊接工藝時(shí)軌道交通中軌道車輛生產(chǎn)制造的核心技術(shù)，也是衡量軌道車輛制造能力的重要標(biāo)志。焊接技術(shù)水平會(huì)直接影響的車輛的品質(zhì)、制造的成本以及生存的周期，對(duì)于軌道交通行業(yè)的發(fā)展有很重要的價(jià)值影響。隨著我國(guó)高速鐵路的迅速發(fā)展以及城鐵車輛市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)的焊接制造工藝已逐漸無(wú)法滿足現(xiàn)代軌道交通行業(yè)發(fā)展需求，現(xiàn)代軌道交通行業(yè)對(duì)于焊接工藝有了更高的要求。MAG電弧焊時(shí)軌道交通車輛車體骨架的主要焊接方式，目前在我國(guó)的軌道交通焊接應(yīng)用中仍然存在一定的不足，本次研究首先分析了我國(guó)傳統(tǒng)軌道焊接工藝中存在的不足，同時(shí)對(duì)MAG電弧焊工藝提升的價(jià)值進(jìn)行分析，最后對(duì)國(guó)外先進(jìn)的激光-MIG符合焊接工藝進(jìn)行探討，希望對(duì)于我國(guó)軌道交通焊接工藝的提升有所幫助。

1軌道交通焊接工藝現(xiàn)狀

1.1鋁合金車體焊接工藝現(xiàn)狀

在軌道交通車輛的制造生產(chǎn)中，鋁合金材料是軌道交通車輛中車體部位的主要材料，也是軌道交通車輛車體的傳統(tǒng)材料。鋁合金材料具有質(zhì)量輕、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還具有材料可再生利用的環(huán)保特點(diǎn)。鋁合金材料的車體包括底架、側(cè)墻、車頂、車頭以及端墻，在焊接的過(guò)程中，主要采用半自動(dòng)MIG焊，部分配合TIG焊，焊絲常采用ER4043與5087，焊接過(guò)程中的保護(hù)氣體則主要采用純氬氣或氬氣混合氦氣。鋁合金車體在焊接過(guò)程中容易受到焊接環(huán)境的溫度與空氣相對(duì)濕度的影響，其影響因素是鋁合金的熱導(dǎo)率非常高，如果在焊接過(guò)程中溫度過(guò)低，會(huì)讓焊接的融透性變差，而如果焊接時(shí)的溫度過(guò)高，則會(huì)導(dǎo)致HAZ過(guò)熱，進(jìn)而使得強(qiáng)度下降。同時(shí)鋁合金表面的氧化膜具有較強(qiáng)的吸水性，水分會(huì)在焊接過(guò)程中分解進(jìn)而產(chǎn)生氫氣孔，因此鋁合金材質(zhì)的軌道交通車體在焊接過(guò)程中對(duì)焊接環(huán)境的溫度與空氣相對(duì)濕度要求較高。另外鋁合金材質(zhì)在焊接過(guò)程中產(chǎn)生的煙塵對(duì)于焊接工作人員的健康也會(huì)產(chǎn)生較大的危害，焊接過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生CO、氫氧化物等有害其它，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生鋁粉塵、氟化物等有害顆粒。

1.2不銹鋼車體焊接工藝現(xiàn)狀

在進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，為了適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，在軌道交通車輛生產(chǎn)中對(duì)車體的自身質(zhì)量進(jìn)行了改進(jìn)，為降低車體自身的質(zhì)量采用了不銹鋼材質(zhì)車體，且在21世紀(jì)初正式進(jìn)入了批量生產(chǎn)，不銹鋼材質(zhì)的軌道交通車輛車體主要是由底架、車頂、側(cè)墻以及端墻四個(gè)部位組成，主要應(yīng)用SUS30IL與SUS304L兩種不銹鋼材質(zhì)，在底架的關(guān)鍵部位則一般選用低合金高強(qiáng)鋼以及耐候結(jié)構(gòu)鋼，不銹鋼車體焊接的工藝主要采用電阻電焊、MIG電弧焊以及電鉚焊等焊接工藝。不銹鋼車體的側(cè)墻、車頂以及底架等大部分部件都是采用電焊的方式進(jìn)行，一節(jié)車體的焊點(diǎn)能夠達(dá)到7000-8000個(gè)之多，且大部分的焊點(diǎn)都是通過(guò)手工校點(diǎn)來(lái)進(jìn)行焊接，這樣的一種焊接方式大大降低生產(chǎn)效率，增加了焊接工藝的生產(chǎn)成本。同時(shí)焊接工藝的通用性一般較差，進(jìn)而導(dǎo)致在焊接前需要先進(jìn)行大量的接頭工藝試驗(yàn)，對(duì)接頭的力學(xué)性能以及焊接過(guò)程中需要的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。不銹鋼材質(zhì)車體不需要再進(jìn)行表面涂裝，因此提升了外觀質(zhì)量的生存要求，而傳統(tǒng)的焊接工藝造成的焊點(diǎn)較多，焊點(diǎn)留下的壓痕不僅會(huì)影響車體的整體外觀水平，同時(shí)也會(huì)影響車體強(qiáng)度的檢測(cè)。軌道交通車輛的車體如果采用傳統(tǒng)工藝進(jìn)行焊接，其密封性一般較低，雖然能夠滿足城軌車輛的要求，但并不適合在現(xiàn)代高速列車中進(jìn)行生產(chǎn)。

2不銹鋼車體MIG焊的發(fā)展

2.1MAG焊的特點(diǎn)

MAG焊相比與傳統(tǒng)的焊接工藝，在焊接過(guò)程中會(huì)將少量的氧化性氣體加入到氬氣中，這部分氧化性氣體可以是氧氣或二氧化碳，也可以是其它的混合，這部分氧化性氣體與氬氣結(jié)合形成一種新型保護(hù)焊，一般保護(hù)焊氣體的組成是由80%Ar與20%CO2進(jìn)行混合，從比例中可以發(fā)現(xiàn)，氬氣的比例非常大，因此這種焊接方式也可以稱為富氬混合氣體保護(hù)焊。MAG焊具有電弧穩(wěn)定、飛濺少等氬弧焊特點(diǎn)，同時(shí)有具有一定的氧化性，相比于純氬弧焊工藝，MAG焊不容易出現(xiàn)表面張力過(guò)大、液體金屬粘稠以及斑點(diǎn)漂移等問(wèn)題，MAG焊在焊接過(guò)程中會(huì)因?yàn)檠趸磻?yīng)的熱量，會(huì)進(jìn)一步加深焊接融深，提升焊絲的融化系數(shù)，進(jìn)而也就可以不容易出現(xiàn)氬氟焊中常出現(xiàn)的焊縫與成型不良等問(wèn)題。MAG焊因?yàn)殡娀》€(wěn)定、飛濺少，因此形成的焊縫較為美觀，且通過(guò)氧化反應(yīng)能夠大大減少焊接過(guò)程中產(chǎn)生的裂紋以及未焊透等現(xiàn)象。因此MAG焊在焊接結(jié)構(gòu)制造中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是對(duì)于中厚板以及重要構(gòu)件的焊接具有良好的焊接效果。

2.2我國(guó)不銹鋼車體MAG電弧焊的應(yīng)用

歐洲標(biāo)準(zhǔn)的不銹鋼客車車體骨架的生產(chǎn)主要采用MAG電弧焊方式，制造難度極大，車體采用薄壁筒形整體承載全焊接不銹鋼結(jié)構(gòu)，骨架采用1.5-2mm不銹鋼薄板，車體主結(jié)構(gòu)材料采用高強(qiáng)度超低碳奧氏體不銹鋼和奧氏體鐵素體雙相不銹鋼，即要控制板的厚度，減輕重量達(dá)到環(huán)保節(jié)能的要求，又要防止焊后變形，保證安全穩(wěn)定性。這是該領(lǐng)域公認(rèn)的焊接難題。我國(guó)王天勇先生是研發(fā)試制該項(xiàng)目的高級(jí)專家之一。

該項(xiàng)目主要有以下難點(diǎn)：（1）薄板造成橈度難以控制；（2）無(wú)涂裝車體的特性使得墻板原材料外漏，焊接缺陷一覽無(wú)余；（3）車體斷面尺寸精度影響到各部件安裝的精度及穩(wěn)定性。

在研發(fā)過(guò)程中，王天勇先生建立了拓?fù)浠鶞?zhǔn)的數(shù)學(xué)模型，提出車體焊接反變形概念，精確地計(jì)算出反變形值區(qū)間。通過(guò)預(yù)制撓度、優(yōu)化骨架焊接強(qiáng)度和工藝參數(shù)等措施，使得車體相關(guān)尺寸得到有效控制，達(dá)到了設(shè)計(jì)及工藝要求。王天勇先生攻克的難題為中國(guó)軌道交通行業(yè)至少可以創(chuàng)造200億元人民幣的產(chǎn)值，減少的不良品損耗超過(guò)10億元人民幣。他的二次骨架平衡穩(wěn)定系統(tǒng)因此獲得了國(guó)家專利，填補(bǔ)了該領(lǐng)域的空白，目前已廣泛應(yīng)用于城市軌道交通項(xiàng)目中。

3軌道交通焊接工藝的發(fā)展趨勢(shì)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)于軌道交通的各方面要求會(huì)越來(lái)越高，因此對(duì)于軌道交通中的焊接工藝要求也會(huì)相應(yīng)提高。針對(duì)傳統(tǒng)軌道焊接工藝中存在的問(wèn)題，激光焊是一種新型的焊接工藝，是通過(guò)高功率的聚焦激光束作為熱源，通過(guò)偏光鏡反射激光產(chǎn)生光束，進(jìn)而通過(guò)聚焦裝置將光束聚集起來(lái)產(chǎn)生高能量的光束，最后通過(guò)工件溶化產(chǎn)生的物理變化而完成焊接。激光焊接工藝的焊縫是連續(xù)線，能夠有效保證車體結(jié)構(gòu)的密封性，能夠應(yīng)用于現(xiàn)代高速列車的車體焊接生產(chǎn)。

等離子弧焊同樣是未來(lái)的一種新型焊接工藝，這種焊接工藝主要采用離子弧作為熱源。等離子弧焊工作中，其它被電弧加熱而出現(xiàn)分解，在高速通過(guò)水冷嘴是產(chǎn)生壓縮，增加能量的密度與離解度，進(jìn)而增加等離子弧。等離子弧焊的能夠一次性獲得良好的穩(wěn)定焊縫，其微束等離子弧對(duì)于焊接厚度在1mm以下的不銹鋼薄板，能夠有效的降低薄板焊接變形。

4結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代軌道交通的焊接工藝需要具備高效、節(jié)能以及優(yōu)質(zhì)等特點(diǎn)，同時(shí)需要逐漸具備自動(dòng)化、智能化控制特征。隨著我國(guó)軌道交通行業(yè)的不斷發(fā)展，各種新型車體材料以及焊接材料的出現(xiàn)，我國(guó)的軌道交通焊接工藝要想更上發(fā)展的步伐，需要不斷改進(jìn)焊接工藝方法，提升焊接質(zhì)量與生產(chǎn)率，進(jìn)而提升軌道交通焊接工藝的制造價(jià)值，促進(jìn)我國(guó)軌道交通行業(yè)的發(fā)展。

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