探析在動(dòng)車(chē)組鋁合金車(chē)體焊接中焊接技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)

徐 兵

（昆明中車(chē)軌道交通裝備有限公司，云南 昆明 650605）

動(dòng)車(chē)組鋁合金車(chē)體焊接對(duì)于焊接裝配精度要求較高，各項(xiàng)工藝要求也十分嚴(yán)格，為保證動(dòng)車(chē)組鋁合金車(chē)體焊接質(zhì)量，必須要熟悉激光焊、MIG焊等各類(lèi)常用焊接工藝的技術(shù)要點(diǎn)與特征，根據(jù)實(shí)際施工條件靈活選擇合適的焊接技術(shù)，同時(shí)對(duì)現(xiàn)有焊接技術(shù)進(jìn)行不斷創(chuàng)新，以滿(mǎn)足不斷變化的動(dòng)車(chē)組鋁合金車(chē)體焊接要求。

1 動(dòng)車(chē)組鋁合金車(chē)體焊接中焊接技術(shù)的應(yīng)用

（1）MIG焊接技術(shù)。MIG焊接技術(shù)又稱(chēng)熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊，是一種在TIG焊的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的焊接技術(shù)，與TIG焊接技術(shù)相比，MIG焊接技術(shù)同樣會(huì)將焊件與焊絲分為極性不同的電極，并采用惰性氣體進(jìn)行保護(hù)，但焊接時(shí)會(huì)連續(xù)送進(jìn)焊絲，并將熔化后的焊絲填充到焊縫之中，采用的電流密度也比較高，能夠有效解決TIG焊接技術(shù)焊接能量不足、無(wú)法焊接厚度較高金屬焊件的問(wèn)題[2]。在動(dòng)車(chē)組鋁合金車(chē)體焊接方面，MIG焊接技術(shù)的應(yīng)用同樣以手工焊為主，但由于動(dòng)車(chē)組車(chē)體的鋁合金構(gòu)件厚度較高，因此相比TIG焊應(yīng)用更廣，整個(gè)列車(chē)車(chē)體50%左右的焊接施工都需要依靠MIG焊接技術(shù)來(lái)完成，常見(jiàn)的焊接部件包括動(dòng)車(chē)組列車(chē)車(chē)廂地板、側(cè)墻、車(chē)頂、端墻薄板等等。當(dāng)然，由于MIG焊接的操作比較復(fù)雜，對(duì)于焊工的培養(yǎng)比較慢，因此隨著動(dòng)車(chē)組列車(chē)制造規(guī)模的不斷擴(kuò)大，MIG焊接技術(shù)專(zhuān)業(yè)焊工不足的問(wèn)題已經(jīng)逐漸凸顯了出來(lái)。對(duì)此國(guó)內(nèi)已經(jīng)開(kāi)始在高速動(dòng)車(chē)組鋁合金車(chē)體制造對(duì)自動(dòng)MIG焊技術(shù)進(jìn)行了應(yīng)用，通過(guò)龍門(mén)式IGM機(jī)械手、懸臂式ESAB專(zhuān)機(jī)、等自動(dòng)焊設(shè)備來(lái)完成車(chē)頂板、平頂板、地板等大部件的焊接施工，不僅有效解決了焊工不足的問(wèn)題，同時(shí)還是得焊接效率有了較大的提升。

（2）TIG焊接技術(shù)。TIG焊接技術(shù)又稱(chēng)鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊，屬于最早的氣體保護(hù)電弧焊技術(shù)，焊接時(shí)會(huì)將高熔點(diǎn)的鎢與焊件分別作為不同電極，并將二者間的空氣用惰性氣體進(jìn)行替換，這樣一來(lái)，焊接時(shí)空氣會(huì)被完全隔絕在焊件焊接處意外，不會(huì)對(duì)電弧與熱影響區(qū)造成影響，焊接接頭自然也就不會(huì)出現(xiàn)軟化、氣孔、裂紋等問(wèn)題。從目前來(lái)看，TIG焊接在動(dòng)車(chē)組鋁合金車(chē)體焊接中的應(yīng)用以鋁合金薄板的手工焊接為主，惰性保護(hù)氣體通常為純氬氣，其焊接質(zhì)量較高，能夠很好的滿(mǎn)足動(dòng)車(chē)組車(chē)體的裝配精度要求，但由于焊接效率較低、焊接成本高、焊前清理也比較麻煩，因此實(shí)際應(yīng)用相對(duì)較少。

（3）攪拌摩擦焊技術(shù)。攪拌摩擦焊技術(shù)是一種出現(xiàn)相對(duì)較晚的節(jié)能環(huán)保焊接技術(shù)，其在焊接時(shí)會(huì)將特殊攪拌頭插入到焊件的焊接部位并進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，使焊件接觸面因快速摩擦而產(chǎn)生熱量，在熱量不斷累積的情況，一旦焊件接觸面溫度達(dá)到了焊接溫度要求，即可利用鋁合金高溫強(qiáng)度低的特點(diǎn)，通過(guò)軸向鍛壓來(lái)完成焊件的固相連接。由于攪拌頭的壓力作用是從其前端向后部塑性流動(dòng)的，因此焊件能夠有效的壓焊為一個(gè)整體。與其他焊接技術(shù)相比，攪拌摩擦焊技術(shù)在焊接過(guò)程中無(wú)需添加保護(hù)氣和焊絲，因此幾乎不會(huì)出現(xiàn)熔化、煙塵、飛濺與弧光，具有著很強(qiáng)的環(huán)保效果，現(xiàn)階段攪拌摩擦焊技術(shù)在動(dòng)車(chē)組鋁合金車(chē)體焊接中的應(yīng)用雖然相對(duì)較少，但日本A-Train系列車(chē)、新高線(xiàn)高速動(dòng)車(chē)組的車(chē)頂板、地板件，均是采用此類(lèi)焊接技術(shù)來(lái)完成焊接，并取得了不錯(cuò)的效果。

（4）激光焊技術(shù)。激光焊技術(shù)主要是利用高功率的激光發(fā)射器所發(fā)射出的光子來(lái)融化焊接結(jié)構(gòu)件，之后再將不同焊接結(jié)構(gòu)件能夠連接起來(lái)并重新凝固，以實(shí)現(xiàn)金屬材料的有效焊接。與其他焊接技術(shù)相比，激光焊技術(shù)的焊接速度快、變形程度與熱影響區(qū)均比較小，同時(shí)還具有著較大的焊縫深寬比與能量密度，雖然對(duì)焊前裝配精度要求較高，但十分適合應(yīng)用于動(dòng)車(chē)組鋁合金車(chē)體的焊接施工，尤其是在復(fù)合鋁合金板的焊接上，更是有著其他焊接技術(shù)所不具備的良好效果[1]。從目前來(lái)看，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車(chē)組的鋁合金車(chē)體焊接雖然并未采用該焊接技術(shù)，但其在國(guó)外的應(yīng)用已經(jīng)有了很多成功的應(yīng)用案例，例如在上海浦東線(xiàn)高速磁懸浮列車(chē)的鋁合金車(chē)體焊接中，就采用了激光焊技術(shù)。

2 動(dòng)車(chē)組鋁合金車(chē)體焊接技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

（1）機(jī)器人焊接。由于當(dāng)前動(dòng)車(chē)組鋁合金車(chē)體焊接所應(yīng)用的各種焊接技術(shù)在焊接效率上普遍較差，且多為手工焊接，很難滿(mǎn)足動(dòng)車(chē)組生產(chǎn)制造需求，因此在隨著動(dòng)車(chē)組制造技術(shù)的不斷發(fā)展，未來(lái)動(dòng)車(chē)組鋁合金車(chē)體的焊接技術(shù)還將向著高效率、自動(dòng)化的機(jī)器人焊接方向發(fā)展。機(jī)器人焊接中的機(jī)器人實(shí)際上是指機(jī)械化可編程工具，借助這類(lèi)工具，可以將焊接操作以程序的形式輸入到控制單元中，并在焊接施工中控制焊接設(shè)備完成一系列的焊接操作以及零件處理操作，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程自動(dòng)化焊接，由于機(jī)器人焊接對(duì)于精度控制十分精準(zhǔn)，焊接操作的完成速度較快，且無(wú)需休息，以此相比于人工焊接在效率上能夠有很大提升。同時(shí)，由于焊接操作完全由預(yù)定程序控制，因此焊接機(jī)器人能夠根據(jù)焊接要求以各種不同的焊接工藝完成焊接，靈活性非常高。

（2）雙脈沖MIG焊。雙脈沖MIG焊又稱(chēng)低頻調(diào)制型脈沖MIG焊，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是在傳統(tǒng)MIG焊接技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用具有周期性變化特點(diǎn)的強(qiáng)弱脈沖群來(lái)對(duì)熔滴、熔池進(jìn)行過(guò)渡與控制，與傳統(tǒng)MIG焊接技術(shù)相比，雙脈沖MIG焊的焊縫氣孔更少、晶粒更細(xì)，同時(shí)還不易產(chǎn)生裂紋，具有著非常良好的焊接質(zhì)量，雖然目前因技術(shù)推廣限制尚未得到廣泛應(yīng)用，但憑借著其不可替代的優(yōu)勢(shì)，未來(lái)必然會(huì)在動(dòng)車(chē)組鋁合金車(chē)體焊接中得到應(yīng)用。

（3）高能密度焊接技術(shù)。高能密度焊主要包括電子束焊、激光-電弧焊、等離子弧焊幾種，是利用高能量密度的電子束、激光等作為加熱源完成焊接施工的一類(lèi)焊接技術(shù)，與其他焊接技術(shù)相比普遍具有著焊縫純潔度高、工藝適應(yīng)性強(qiáng)、焊縫深寬比高、焊接速度快、焊縫物理性能好的特點(diǎn)，目前主要應(yīng)用于汽車(chē)制造領(lǐng)域。由于這類(lèi)焊接技術(shù)無(wú)需進(jìn)行過(guò)多的焊前準(zhǔn)備，焊接質(zhì)量也比較高，對(duì)焊接設(shè)備的要求也比較少，因此是比較適合動(dòng)車(chē)組鋁合金車(chē)體焊接的。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，當(dāng)前動(dòng)車(chē)組鋁合金車(chē)體焊接應(yīng)用的焊接技術(shù)雖然比較多，但基本都存在著一定的缺陷與不足，很難完全滿(mǎn)足動(dòng)車(chē)組制造需求，因此未來(lái)還需在現(xiàn)有焊接技術(shù)的基礎(chǔ)上不斷進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)，將更多先進(jìn)焊接技術(shù)應(yīng)用到動(dòng)車(chē)組鋁合金車(chē)體的焊接工作中來(lái)，才能夠使動(dòng)車(chē)組制造水平得到進(jìn)一步提升。