鐵道車輛的焊接技術(shù)現(xiàn)狀與前景分析

王宏偉

摘要：中國目前擁有世界上最多的鐵路里程數(shù)，鐵道機(jī)車制造企業(yè)擁有巨大的國內(nèi)市場(chǎng)，以及待為開發(fā)的更為巨大的國際市場(chǎng)。鐵道車輛在制造過程中，生產(chǎn)技術(shù)的作用巨大，其中焊接技術(shù)，對(duì)于鐵路車輛的質(zhì)量以及可靠性更是有著決定性的影響。文章通過對(duì)我國現(xiàn)階段鐵道車輛焊接技術(shù)的梳理總結(jié)，對(duì)我國機(jī)車制造未來的焊接技術(shù)發(fā)展進(jìn)行了大膽預(yù)判，希望能夠?qū)ξ覈蔫F道車輛制造行業(yè)的發(fā)展起到積極促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：鐵道車輛，焊接技術(shù);發(fā)展現(xiàn)狀;未來前景

隨著復(fù)興號(hào)的量產(chǎn)下線，軌道交通已經(jīng)成為中國高速發(fā)展的一張世界名片。目前中國鐵路機(jī)車擁有世界上最快的速度和最大的市場(chǎng)空間。為不斷將最好的鐵道車輛產(chǎn)品推向世界，并適應(yīng)各種不同的地域和天氣，我們的鐵道車輛制造企業(yè)需要有各種不同的技術(shù)和工藝，包括鐵道車輛的焊接技術(shù)這一重要的部分。

一、鐵道車輛焊接技術(shù)的現(xiàn)狀

（一）半自動(dòng)電弧焊接

由于不同鐵道車輛的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、規(guī)格要求不同，鐵道車輛產(chǎn)品不適應(yīng)大批量同質(zhì)化的制造，因此鐵道車輛不能使用自動(dòng)焊接設(shè)備，大多采用半自動(dòng)電弧焊接技術(shù)。這種焊接技術(shù)可以適當(dāng)提高效率，降低成本，也是現(xiàn)今應(yīng)用最廣泛的焊接技術(shù)，我國的鐵道車輛生產(chǎn)企業(yè)一般采用半自動(dòng)電弧焊接設(shè)備，外加一定量的焊工作業(yè)。

（二）鎢極惰性氣體保護(hù)弧焊（TIG焊接）

由于鎢極惰性氣體保護(hù)弧焊（TIG焊接）具有幾乎不發(fā)生焊接飛濺，也幾乎不生成熔渣，焊道光澤平滑，一般多用于鐵道車輛內(nèi)部的裝修件的焊接，而不是車體焊接。

（三）摩擦攪拌焊接（FSW）

摩擦攪拌焊接（FSW）是一種新型的焊接工藝，由英國焊接研究所發(fā)明。其工作原理主要是通過旋轉(zhuǎn)并推壓前段有突起的工具，在熔點(diǎn)以下實(shí)現(xiàn)固相結(jié)合。FSW焊接工藝具有輸入熱量較少，減少變形量的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于高焊接接頭強(qiáng)度來說優(yōu)勢(shì)明顯。此外，在鐵道車輛制造中，F(xiàn)SW焊接工藝一般使用自動(dòng)化裝置作業(yè)，所以對(duì)操作要求不高，省時(shí)省力;沒有弧光和煙塵，作業(yè)環(huán)境也比一般焊接工藝更好，因此有效提高了焊接工作的效率和質(zhì)量。

在我國鐵道車輛制造中，F(xiàn)SW焊接工藝一般用于鋁合金制車體長度方向上型材的接合。而由于FSW焊接工藝變形量小，無異種金屬填充，呈現(xiàn)的焊接效果更美觀和環(huán)保，使用范圍正不斷擴(kuò)大。

（四）激光焊接

和FSW焊接工藝用于鋁合金材料不同，激光焊接主要用于不銹鋼材料的焊接。由于激光束的直徑很小，焊接熔融部位相應(yīng)也很小，焊接變形也就極小，這使得激光焊接成為精密焊接的重要優(yōu)勢(shì)。而且激光焊接可以調(diào)整輸出功率和焊接速度，進(jìn)而達(dá)到較大搭接界面熔深，可以適用較大厚度板材的焊接，適用性更強(qiáng);可以做到激光照射側(cè)內(nèi)面外觀與表面同樣美觀。激光焊接還可以利用連續(xù)焊接來提高焊接強(qiáng)度，提高氣密性和水密性。

（五）激光一電弧混合焊接

和FSW焊接工藝一樣，激光一電弧焊接工藝也用于鋁合金車體上。激光一電弧焊接就是把激光和MIG焊接電弧的2個(gè)熱源作用于同一部位實(shí)施焊接的工藝。這種復(fù)合焊接系統(tǒng)能夠提高焊接速度，降低焊接變形，提高熔深以及擴(kuò)大對(duì)熔接坡口形狀的寬余度等。

（六）其他焊接技術(shù)

除了以上主流的焊接技術(shù)外，鐵道車輛焊接在實(shí)際中還會(huì)用到涂藥電焊條弧焊、電阻焊接等其他的一些焊接技術(shù)，但由于技術(shù)不夠先進(jìn)，缺點(diǎn)較為明顯，應(yīng)用場(chǎng)景已大為減少。

二、鐵道車輛焊接技術(shù)前景分析

根據(jù)我國鐵道車輛的發(fā)展方向，其焊接技術(shù)的發(fā)展方向主要有以下幾個(gè)方面：

（一）異種材料結(jié)合技術(shù)

輕型化是所有車輛包括鐵道車輛的趨勢(shì)之一，因此，各種輕量化的新型材料應(yīng)用逐漸增多。除了動(dòng)力和美觀方面的考量之外，鐵道車輛性能也必須達(dá)到超過3000KT的車端壓縮強(qiáng)度和長時(shí)間耐火性的性能要求。這就要求鐵道車輛的材料將會(huì)以碳鋼、不銹鋼和鋁合金為主，因而適宜的焊接技術(shù)將會(huì)是鉚接、FSW、激光焊接等，這些技術(shù)國內(nèi)鐵道車輛企業(yè)已基本掌握，以后將會(huì)大量使用。

（二）新材料結(jié)合技術(shù)

炭纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）和鈦合金都是優(yōu)秀的新材料，具有強(qiáng)度大，輕量化的優(yōu)點(diǎn)。已有報(bào)道表明碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）已經(jīng)開始在鐵道車輛的轉(zhuǎn)向架上使用，而鈦合金在一些關(guān)鍵的零部件上應(yīng)該也具有極強(qiáng)適用性。面對(duì)炭纖維增強(qiáng)塑料這種新材料，我國鐵道車輛企業(yè)現(xiàn)在還不具備相應(yīng)的結(jié)合技術(shù)，應(yīng)盡快進(jìn)行技術(shù)積累或技術(shù)引進(jìn)消化吸收的工作;而鈦合金，我國鐵道車輛企業(yè)應(yīng)向航空航天企業(yè)學(xué)習(xí)真空電子束焊接技術(shù)。

（三）焊接自動(dòng)化技術(shù)

隨著我國人口紅利幾近消失，人工成本的大幅上漲，自動(dòng)化和機(jī)器人技術(shù)已越來越普遍的被應(yīng)用在各行各業(yè)中，鐵道車輛生產(chǎn)企業(yè)也不例外?，F(xiàn)在，已有部分作業(yè)使用了應(yīng)用機(jī)器人，但還有許多的作業(yè)需要技術(shù)水平高的人工的操作;而且，現(xiàn)在的鐵道車輛企業(yè)在焊接機(jī)器人的應(yīng)用方面還處于工業(yè)機(jī)器人的第一階段，即“示教一再現(xiàn)”型機(jī)器人（焊接機(jī)器人本體、運(yùn)動(dòng)控制器和示教器）?，F(xiàn)在使用的“示教一再現(xiàn)”型機(jī)器人有著定位性能不高、示教性能不高以及機(jī)器人與操作人員協(xié)調(diào)性不夠的三個(gè)缺點(diǎn)，阻礙了焊接自動(dòng)化在鐵道車輛企業(yè)中的推廣。在不久的將來，第二階段的基于一定傳感信息的離線編程焊接機(jī)器人將能夠很好的解決第一階段機(jī)器人的缺點(diǎn)。而第三階段的就會(huì)死具有自適應(yīng)性的智能化焊接機(jī)器人，由于智能化焊接機(jī)器人不僅有感知能力，還有獨(dú)立判斷和行動(dòng)的能力，能夠通過記憶、推理和決策完成更復(fù)雜的動(dòng)作，還能與外部對(duì)象、環(huán)境以及人相適應(yīng)、相協(xié)調(diào)地工作。當(dāng)然，對(duì)于鐵道車輛企業(yè)來說，后兩種焊接自動(dòng)化技術(shù)還需要和專業(yè)的機(jī)器人企業(yè)一起研究、攻關(guān)，爭取早日能夠在實(shí)際當(dāng)中應(yīng)用起來，提高效率和速度，降低成本。

三、結(jié)束語

我國的鐵道車輛企業(yè)已經(jīng)在世界范圍內(nèi)擁有較強(qiáng)的競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)，作為重要部分的焊接技術(shù)，也必須保持與時(shí)俱進(jìn)。本文對(duì)我國鐵道車輛企業(yè)現(xiàn)有的焊接技術(shù)和未來可能的焊接技術(shù)前景做了分析和預(yù)判，希望可以提高我國鐵道車輛企業(yè)的競(jìng)爭力，走在正確的技術(shù)路線上。

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