軌道車輛焊接制造工藝現(xiàn)狀及趨勢(shì)淺析

李吉春 馬君

摘 要：焊接制造的工藝水平的提高，對(duì)我國(guó)軌道車輛生產(chǎn)加工行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展具有重要意義。本文通過分析軌道車輛鋁合金車體、不銹鋼車體和轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)焊接制造工藝現(xiàn)狀，探討了各類軌道車輛焊接制造工藝未來的發(fā)展趨勢(shì)，希望能為我國(guó)軌道車輛行業(yè)的相關(guān)人員提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：軌道車輛;焊接制造工藝;現(xiàn)狀及趨勢(shì)

科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展推動(dòng)著我國(guó)交通行業(yè)的不斷進(jìn)步，同時(shí)也促進(jìn)了車輛制造行業(yè)的發(fā)展。在軌道車輛的生產(chǎn)制造過程中需要涉及到多項(xiàng)工藝技術(shù)。焊接制造工藝是軌道車輛生產(chǎn)加工質(zhì)量的重要保障，焊接技術(shù)的高低直接影響到軌道車輛生產(chǎn)制造的效率及成本。近年來，隨著我國(guó)高速鐵路和城市軌道交通的迅速發(fā)展，原有的焊接制造工藝早已不能滿足當(dāng)前軌道車輛生產(chǎn)制造的需求，軌道車輛的焊接制造正面臨著新的挑戰(zhàn)。

一、鋁合金軌道車輛焊接制造工藝

（一）工藝現(xiàn)狀

利用鋁合金材料制造的軌道車輛通常具有質(zhì)量輕、耐腐蝕、外觀平整、可再生再利用等諸多優(yōu)點(diǎn)。目前，鋁合金車體主要采用機(jī)械手自動(dòng)焊接、手工半自動(dòng)MIG焊接和TIG焊接等焊接工藝，主要面臨以下兩方面的問題。第一，鋁合金焊接容易受到環(huán)境溫度和空氣相對(duì)濕度的影響，這是因?yàn)殇X合金材料的熱導(dǎo)率較高，溫度過低時(shí)焊接的熔透性會(huì)降低，溫度過高又會(huì)導(dǎo)致車體強(qiáng)度大幅度下降，此外，鋁合金表面的氧化膜還具有較強(qiáng)的吸水性，在焊接過程中分解的水分會(huì)使焊接部位產(chǎn)生氫氣孔。因此，在焊接過程中，必須保證外部條件達(dá)到焊接制造的需求。第二，鋁合金焊接會(huì)產(chǎn)生大量危害操作者身體健康的粉塵及有害氣體，這就需要相關(guān)單位安裝諸如單體式除塵裝置或廠房集中除塵系統(tǒng)等有效的粉塵排除裝置，為焊接人員的健康提供保障。

（二）發(fā)展趨勢(shì)

提高鋁合金車體焊接制造的工藝對(duì)促進(jìn)我國(guó)軌道車輛行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。在進(jìn)行鋁合金軌道車輛的焊接時(shí)，人為因素對(duì)焊接質(zhì)量產(chǎn)生了很大的影響，為促進(jìn)這種工藝的更好發(fā)展，相關(guān)人員在進(jìn)行操作時(shí)一定要嚴(yán)格遵循安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。在軌道車輛企業(yè)提質(zhì)提能的生產(chǎn)大背景下，攪拌摩擦焊技術(shù)憑借其焊接速度快、焊接質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為了鋁合金車體焊接制造工藝的研究熱點(diǎn)。攪拌摩擦焊技術(shù)主要是利用軸肩與攪拌針之間的摩擦產(chǎn)生的大量熱力來軟化二者之間連接的金屬，通過這二者共同的牽引和攪拌作用達(dá)到填充縫隙的焊接效果。為促進(jìn)這一技術(shù)進(jìn)一步的應(yīng)用和發(fā)展，一方面要提高鋁合金型材、焊接設(shè)備和攪拌工具的資金投入，進(jìn)一步優(yōu)化焊接結(jié)構(gòu)，逐步實(shí)現(xiàn)整車采用攪拌摩擦焊技術(shù)的目標(biāo)。另一方面還需要專業(yè)團(tuán)隊(duì)展開深入的研究，建立起成熟的行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

二、不銹鋼軌道車輛焊接制造工藝

（一）工藝現(xiàn)狀

目前，奧氏體不銹鋼材料已成為不銹鋼軌道車輛制造的首選，采用這種材料制成的不銹鋼車體，通常具有自身重量輕，強(qiáng)度高，耐腐蝕，耐沖擊和材料可再回收的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)由于不銹鋼材料高電阻率，低導(dǎo)熱性和高熱敏性的特點(diǎn)，通常需要采用電阻焊接，這一工藝目前存在著諸多缺陷。第一，不銹鋼車體一節(jié)的焊點(diǎn)高達(dá)七千多個(gè)，由于目前大部分焊點(diǎn)只能采用手工校點(diǎn)焊的方式，因此生產(chǎn)效率低，工藝通用性差，并且難以檢測(cè)所有接頭的質(zhì)量和強(qiáng)度。其次，采用電阻點(diǎn)焊必須在生產(chǎn)前進(jìn)行大量的接頭工藝試驗(yàn)，以確定更合理的點(diǎn)焊工藝參數(shù)。第三，電阻點(diǎn)焊的使用經(jīng)常會(huì)在車身表面的焊點(diǎn)上留下明顯的壓痕，嚴(yán)重影響車輛的整體外觀。第四，采用點(diǎn)焊工藝的車輛密封性能差，不適合高速運(yùn)行的工作環(huán)境，因此嚴(yán)重限制了其應(yīng)用范圍。

（二）發(fā)展趨勢(shì)

如何解決不銹鋼軌道車輛點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)密封性差、焊接效率低等問題，是不銹鋼軌道車輛焊接制造工藝未來主要的發(fā)展方向。目前，已有部分國(guó)家率先將激光焊技術(shù)應(yīng)用于不銹鋼軌道車輛的焊接制造過程中。激光焊就是以高功率聚焦的激光束作為熱源，使偏光鏡反射的激光束集中在聚焦裝置中，產(chǎn)生高能量的光束使工件熔化結(jié)合，利用這一物理變化形成焊縫。激光焊作為一種非接觸焊接工藝，與電阻點(diǎn)焊相比，不僅熱變形區(qū)域較窄，而且可以極大地減少預(yù)留焊接的邊緣，從而減輕車身自重?，F(xiàn)階段，由于激光焊設(shè)備成本高，使用要求嚴(yán)格，我國(guó)還沒有開始大規(guī)模的應(yīng)用這種技術(shù)。為加快這一技術(shù)在我國(guó)軌道車輛焊接制造過程中的應(yīng)用進(jìn)程，相關(guān)人員必須建立起激光焊的焊接制造工藝規(guī)范，同時(shí)對(duì)相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行更深入的研究，如焊接質(zhì)量檢測(cè)，焊接缺陷檢查和修復(fù)焊接等。

三、轉(zhuǎn)向架焊接制造工藝

（一）工藝現(xiàn)狀

軌道車輛上的轉(zhuǎn)向架板材較厚，焊縫較多。由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和材料的特性決定了轉(zhuǎn)向架一般要采用機(jī)械手進(jìn)行自動(dòng)和半自動(dòng)MAG焊，對(duì)于機(jī)械手難以完成的部分則采用手工焊，部分重要的焊縫和補(bǔ)焊要采用TIG焊。目前轉(zhuǎn)向架的焊接制造需要解決的就是焊接和打磨過程中產(chǎn)生的煙塵、電弧產(chǎn)生的熱量和輻射嚴(yán)重危害操作者身心健康的問題。

（二）發(fā)展趨勢(shì)

焊接熱源和焊接熱輸入方式的改變可以有效地降低轉(zhuǎn)向架焊接制造的勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)轉(zhuǎn)向架焊接制造工藝的發(fā)展具有重要意義。而激光-電弧焊通過將激光和電弧同時(shí)作用于被焊區(qū)輸入熱量，形成了一種新的高效焊接熱源，在穩(wěn)定焊接質(zhì)量、提高焊接效率、降低技術(shù)難度等方面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，因此具有廣泛的應(yīng)用空間和良好的發(fā)展前景。

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