攪拌摩擦焊 鋁合金車體高效焊接的亮點(diǎn)
——訪遼寧忠旺鋁合金精深加工有限公司軌道車體制造廠 總工程師 楊興亮

■ 《金屬加工》記者 王鼎元，張維官

數(shù)據(jù)顯示，“十三五”期間中國(guó)交通運(yùn)輸投資規(guī)模將達(dá)15萬(wàn)億元人民幣。到2020年，高鐵將覆蓋中國(guó)80%以上的百萬(wàn)人口城市。同時(shí)，隨著“一帶一路”倡議的落地，相關(guān)國(guó)家交通基建項(xiàng)目已經(jīng)開(kāi)始實(shí)施。業(yè)內(nèi)人士指出，作為交通運(yùn)輸輕量化的首選，鋁材料將對(duì)交通運(yùn)輸行業(yè)加強(qiáng)節(jié)能環(huán)保、降低運(yùn)輸成本及提高運(yùn)輸效率發(fā)揮關(guān)鍵作用。

在此背景下，中國(guó)鋁加工行業(yè)正迎來(lái)前所未有的發(fā)展機(jī)遇。近日，為了了解攪拌摩擦焊技術(shù)在軌道交通鋁合金焊接中的應(yīng)用情況，本刊記者走進(jìn)位于遼寧遼陽(yáng)市的工業(yè)鋁型材生產(chǎn)和制造龍頭企業(yè)——遼寧忠旺集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱忠旺集團(tuán)），向公司鋁合金車體制造廠相關(guān)負(fù)責(zé)人楊興亮進(jìn)行深入的了解。

師夷長(zhǎng)技，設(shè)備配套顯專業(yè)

鋁合金弧焊技術(shù)應(yīng)用于軌道行業(yè)，是德國(guó)在20世紀(jì)80年代左右開(kāi)始使用，經(jīng)過(guò)了40多年不斷研究推廣，現(xiàn)已在行業(yè)內(nèi)普及。而中國(guó)大概是上世紀(jì)九十年代開(kāi)始投入使用該技術(shù)應(yīng)用于鋁合金車體，經(jīng)過(guò)20多年的研究發(fā)展，中國(guó)的弧焊技術(shù)得以不斷精進(jìn)。而 目 前 ， 在 軌 道 交 通 行 業(yè)中，地鐵、高鐵車體基本上90%以上都是采用弧焊進(jìn)行焊接的，而攪拌摩擦焊技術(shù)的出現(xiàn)，逐漸代替弧焊技術(shù)，近幾年中國(guó)軌道交通行業(yè)攪拌摩擦焊的應(yīng)用呈現(xiàn)逐年上升的趨勢(shì)?？傮w來(lái)說(shuō)攪拌摩擦焊整體上在鋁合金車體中的使用較多，比如側(cè)墻、車頂、地板、裙板等。楊總告訴記者：“攪拌摩擦焊在軌道行業(yè)上焊縫逐步趨于成熟和完善，但在帶有弧度較大的直焊縫，在型材、工裝與攪拌焊工藝上還需要不斷探索研究，相信未來(lái)幾年，攪拌摩擦焊技術(shù)會(huì)在軌道車體上得到大范圍的應(yīng)用，甚至于完全取代弧焊技術(shù)?！?/p>

遼寧忠旺鋁合金精深加工有限公司軌道車體制造廠總工程師楊興亮（右）和焊接工程師高雨（左）

在忠旺集團(tuán)的車間，記者發(fā)現(xiàn)所使用的焊接設(shè)備是瑞典ESAB公司研制的SuperStirTM龍門式攪拌摩擦焊設(shè)備。記者發(fā)現(xiàn)，整個(gè)設(shè)備自動(dòng)化程度很高，可以很大地節(jié)省工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和企業(yè)人力成本。近距離觀察已經(jīng)焊好的焊縫，可以看到整個(gè)焊縫平整光滑，成形完美。楊總告訴記者，焊縫周圍的毛刺在后續(xù)稍加處理即可，這充分地顯示了攪拌摩擦焊在鋁合金焊接應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)：焊接變形小，即使是焊接長(zhǎng)焊縫，其變形程度也比熔焊小得多，同時(shí)它還具有無(wú)裂紋、氣孔、夾渣等優(yōu)點(diǎn)，這對(duì)于鋁合金車體的焊接，都是不可或缺的。

名副其實(shí)，綠色焊接鑄未來(lái)

近年來(lái)，在國(guó)家環(huán)保相關(guān)政策的推動(dòng)之下，“節(jié)能減排”、“低碳環(huán)保”及“綠色工廠”等概念不斷被企業(yè)所推崇，各種高效節(jié)能設(shè)備在行業(yè)中的利用率也是越來(lái)越高。在軌道交通行業(yè)，傳統(tǒng)的弧焊工藝對(duì)工況環(huán)境要求恒溫恒濕，否則極易出現(xiàn)氣孔、夾渣、未熔合等缺陷，同時(shí)整個(gè)焊接過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的煙塵，這不僅對(duì)環(huán)境造成污染，更是對(duì)企業(yè)員工身心健康的威脅，企業(yè)需要投入大量的資金建設(shè)相關(guān)除塵排煙設(shè)備才可能解決一定的問(wèn)題。而攪拌摩擦焊對(duì)焊接環(huán)境要求低，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)煙無(wú)塵的綠色焊接。記者在參觀忠旺集團(tuán)車間時(shí)發(fā)現(xiàn)相關(guān)的除塵排煙設(shè)備都沒(méi)有開(kāi)動(dòng)，但車間環(huán)境依然很好，這也充分證實(shí)了攪拌摩擦焊可以作為一種綠色焊接，在企業(yè)中投入使用。

而在焊接過(guò)程中，攪拌摩擦焊焊縫變形小，質(zhì)量高，數(shù)據(jù)顯示，鋁合金攪拌摩擦焊焊縫力學(xué)性能至少能夠達(dá)到母材的80%以上，比弧焊工藝的高出15%以上。雖然弧焊的效率高于攪拌摩擦焊，但是由于攪拌摩擦焊后期處理簡(jiǎn)單，所以整體上攪拌摩擦焊的效率是高于弧焊的。忠旺集團(tuán)所用的這臺(tái)SuperStirTM龍門式攪拌摩擦焊設(shè)備，通過(guò)近幾年的實(shí)際使用測(cè)試，不僅焊接質(zhì)量穩(wěn)定，而且在長(zhǎng)期處于1m/min的生產(chǎn)效率下，焊接質(zhì)量合格率仍能始終保持在100%，與同類型的弧焊工藝相比，極大地解決了弧焊容易產(chǎn)生缺陷的問(wèn)題。另外，該設(shè)備配備高精度激光跟蹤精度系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)在大型長(zhǎng)焊縫上的高精度追蹤。這也就意味著，在未來(lái)大型鋁合金零部件的焊接環(huán)節(jié)上，攪拌摩擦焊設(shè)備將扮演更重要的角色。

同時(shí)，楊總還向我們透露，該設(shè)備其實(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)雙工序同時(shí)進(jìn)行的功能，即前端攪拌頭執(zhí)行正常的焊接工序，而后面可以同時(shí)進(jìn)行銑削焊道毛刺的工作，進(jìn)一步提高效率，減少能耗，只是礙于目前的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，該功能未投入正式使用。

此次采訪短暫而豐富，記者們不僅了解了忠旺集團(tuán)的整個(gè)發(fā)展歷程，參觀了生產(chǎn)車間，感嘆于忠旺集團(tuán)的雄厚實(shí)力，而且也看到了新技術(shù)對(duì)于產(chǎn)品生產(chǎn)所產(chǎn)生的革命式改變，我們相信攪拌摩擦焊未來(lái)不僅在鋁合金加工行業(yè)，在其他行業(yè)也同樣能夠發(fā)揮專長(zhǎng)，為產(chǎn)品生產(chǎn)提供更為廣闊的技術(shù)平臺(tái)。