激光焊接技術(shù)助力城軌車輛升級換代
——訪中車首席技術(shù)專家，中車青島四方機車股份有限公司高級主任工藝師韓曉輝

■ 本刊記者 張維官，王穎

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隨著我國城市規(guī)模的不斷擴大，城市經(jīng)濟的快速發(fā)展和現(xiàn)代化水平的不斷提高，軌道交通已成為我國各城市公共交通體系的最佳選擇。而作為城市軌道交通中運送乘客的重要工具，車輛的數(shù)量、品種和質(zhì)量、技術(shù)水平直接影響著城市軌道交通的發(fā)展規(guī)模和速度。因此各種先進的技術(shù)也在軌道交通車輛制造中得到了廣泛應(yīng)用。特別在焊接領(lǐng)域，先進的機器人弧焊技術(shù)、激光焊技術(shù)、攪拌摩擦焊技術(shù)等均已得到了廣泛應(yīng)用。

為了解激光焊技術(shù)在城軌車輛制造中應(yīng)用的現(xiàn)狀以及未來發(fā)展，本刊記者特地走訪了中車青島四方機車股份有限公司（以下簡稱“中車四方”），并采訪了中車首席技術(shù)專家，中車四方高級主任工藝工藝師韓曉輝先生。

成功替代電阻點焊，激光焊助力城軌車輛換代升級

目前，我國以地鐵車輛為代表的城軌車輛的車體材料主要以不銹鋼為主。不銹鋼車體側(cè)墻主要采用骨架加蒙皮的結(jié)構(gòu)，骨架與蒙皮之間采用搭接焊。不銹鋼車體材料不適合弧焊，目前主要采用電阻點焊技術(shù)。由于不銹鋼車體不需要涂裝，因而對車體的表面質(zhì)量要求較高。電阻點焊雖有效減小了車體的焊接變形，但焊點處存在明顯的壓痕，降低了車體外觀質(zhì)量。然而通過控制激光焊的工藝參數(shù)，則可以使側(cè)墻外板表面沒有焊接痕跡，大大改善了車體的焊接質(zhì)量。激光焊與傳統(tǒng)的電弧焊和電阻焊相比，具有接速度快，生產(chǎn)效率高，焊縫和熱影響區(qū)窄，焊接變形小，焊接接頭強度性能高等優(yōu)點，不僅提高了城軌車輛的結(jié)構(gòu)強度和整體剛度，而且大大提升了車輛的舒適性、安全性和美觀性，從而為乘客營造更舒適、安全的乘坐環(huán)境。因此，在軌道交通領(lǐng)域?qū)Σ讳P鋼車體激光焊接技術(shù)的研究已受到越來越多的重視。

據(jù)韓曉輝主任介紹，中車四方緊跟市場需求，積極推廣前沿焊接技術(shù)。中車四方軌道車輛激光焊接技術(shù)的工程化應(yīng)用研究工作始于2010年，歷經(jīng)七年研發(fā)歷程，先后完成了復(fù)雜成形件研制、基礎(chǔ)試驗研究、核心部件工藝開發(fā)、激光焊縫質(zhì)量評價、超聲波檢測技術(shù)開發(fā)以及不銹鋼激光焊車輛研制。2013年4月推出國內(nèi)首列工業(yè)化生產(chǎn)的北京14號線A型激光焊地鐵列車，填補了國內(nèi)空白；2015年底完成國內(nèi)首輛無涂裝干線不銹鋼激光焊客車，實現(xiàn)了無涂裝不銹鋼車輛應(yīng)用于時速200 km干線客車領(lǐng)域的重大突破，激光焊接技術(shù)的應(yīng)用達到國際領(lǐng)先水平；2016年12月推出大鼓形斷面全激光焊接效果的青島地鐵11號線車輛，為國內(nèi)首列B型激光焊城軌列車；后續(xù)還將陸續(xù)推出青島2號線、13號線、1號線共計千余輛激光焊車輛產(chǎn)品，實現(xiàn)激光焊接技術(shù)在軌道車輛制造業(yè)中的全面應(yīng)用。

伊薩激光焊接系統(tǒng)在中車四方的應(yīng)用

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產(chǎn)學(xué)研一體協(xié)作，保障激光焊接質(zhì)量安全

目前中車四方已擁有意大利RTM、ESAB、德國SMC等四套激光焊接系統(tǒng)，建立了兩條激光焊車輛生產(chǎn)線。韓主任重點向記者介紹了中車四方于2016年引進的伊薩激光焊設(shè)備。他強調(diào)了該激光焊系統(tǒng)在焊接工藝控制方面的顯著優(yōu)勢。第一，先進的自適應(yīng)控制技術(shù)可以掃描坡口組對變化；掃描焊接過程中的坡口位移；在焊接中，根據(jù)坡口情況調(diào)節(jié)必要的焊接參數(shù)；檢測并保持焊接參數(shù)在焊接工藝（WPS）允許的范圍內(nèi)；掃描焊縫表面的形狀和質(zhì)量（可選）；改變焊接工藝以獲得所需的焊縫成形（可選）。第二，實現(xiàn)自適應(yīng)的速度/功率控制。第三，具有激光熔深監(jiān)測技術(shù)。另外，具有基于PC的實時過程控制器，可以管理所有焊接和運動子系統(tǒng)的運作；控制全部焊接過程，從起始到結(jié)束；在人機界面HMI上提供系統(tǒng)狀態(tài)更新；推送實時參數(shù)和質(zhì)量數(shù)據(jù)至HMI，用以使用和歸檔；先進的自適應(yīng)控制模式改變焊接過程的變量，以對應(yīng)工件狀況的變化；安全管理所有系統(tǒng)互鎖，碰撞傳感器，故障保護和其他需要安全操作激光的設(shè)備。

在城軌車輛制造中，雖然激光焊的優(yōu)勢明顯，但確保激光焊的焊接質(zhì)量并不是一個簡單的問題。正如韓曉輝主任所說：“經(jīng)過這幾年的應(yīng)用與研究，我的體會是：激光焊接的難點與關(guān)鍵點不僅僅在于焊接本身，單件質(zhì)量與裝備精度的提升，組裝方式的改進，焊后的智能化檢測都是獲得高質(zhì)量產(chǎn)品必不可少的關(guān)鍵因素?！奔す夂赶到y(tǒng)中配備的優(yōu)異的工藝控制技術(shù)以及實時過程控制和熔深監(jiān)測等技術(shù)為保證焊接質(zhì)量奠定了堅實基礎(chǔ)，同時中車四方技術(shù)團隊在焊前的工藝改進、焊后的質(zhì)量檢測方面所做的研究與探索，也是保證激光焊接質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

對于激光焊在城軌車輛未來的應(yīng)用，韓曉輝主任提到：“目前我們用激光焊解決的是‘面子問題’，未來我們將用激光焊來解決關(guān)鍵零部件的品質(zhì)問題?！蔽覀円财诖磥砟苡性絹碓蕉嗟南冗M技術(shù)出現(xiàn)，助力我國軌道交通乃至整個制造業(yè)的快速發(fā)展。