軌道車輛焊接技術(shù)及其發(fā)展

周雷 靳慶穩(wěn) 石培鑫

【摘 要】隨著現(xiàn)代交通行業(yè)的不斷發(fā)展，軌道交通也得以較好發(fā)展，并且在交通運(yùn)輸中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，為人們出行提供很大的便利。在軌道車輛的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，為能夠使其安全性及有效性得到較好保證，需要對(duì)軌道車輛技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，因而實(shí)現(xiàn)軌道車輛焊接技術(shù)的更好發(fā)展也就有著十分重要的作用及意義。本文研究中主要就是針對(duì)軌道車輛焊接技術(shù)及其發(fā)展簡(jiǎn)單分析，以實(shí)現(xiàn)軌道車輛焊接技術(shù)的更理想應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】軌道車輛;焊接技術(shù);發(fā)展

引言

焊接工藝作為軌道車輛生產(chǎn)制造的核心技術(shù)，是衡量車輛裝備制造能力的重要標(biāo)志之一。焊接技術(shù)水平的提升直接關(guān)系到車輛品質(zhì)、制造成本及生產(chǎn)周期。近幾年來(lái)，隨著高速鐵路的迅速發(fā)展和城鐵車輛市場(chǎng)的擴(kuò)大，原有的焊接制造工藝已不能滿足生產(chǎn)提能、提質(zhì)的要求，進(jìn)而使車輛的制造工藝面臨新的挑戰(zhàn)。本文分析了軌道車輛焊接制造工藝現(xiàn)狀，重點(diǎn)探討了焊接新工藝在車輛制造中的應(yīng)用前景及發(fā)展趨勢(shì)，為提升車輛制造技術(shù)水平提出方向性指導(dǎo)。

1軌道車輛焊接技術(shù)

1.1攪拌摩擦焊接技術(shù)

在軌道車輛的實(shí)際生產(chǎn)及運(yùn)行中，攪拌摩擦焊接技術(shù)屬于目前應(yīng)用較廣泛的新型技術(shù)，通過(guò)這一技術(shù)的應(yīng)用能夠可直接焊接單壁型材料，在實(shí)際焊接過(guò)程中攪拌頭壓力可能會(huì)造成變形情況出現(xiàn)，因而在焊縫之下需要加裝銅墊板，從而可使接頭質(zhì)量能夠得以有效改善，并且可使生產(chǎn)效率得以有效提升。然而，在對(duì)雙壁型材料進(jìn)行焊接過(guò)程中，不能通過(guò)加裝銅墊板方式避免出現(xiàn)變形，此時(shí)可利用搭接接頭將原來(lái)的對(duì)接接頭替換，使加裝墊板的工序得以減少，并且也能夠在一定程度上增加接頭剛性。在實(shí)際焊接過(guò)程中，對(duì)于攪拌摩擦焊接的應(yīng)用，攪拌頭能夠?qū)崿F(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)，由于機(jī)械摩擦作用，摩擦作用能夠與材料轉(zhuǎn)移過(guò)度量之間能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡，而這一過(guò)程中焊接溫度未達(dá)到材料熔點(diǎn)，因而焊接材料也就不會(huì)有融化情況發(fā)生，這屬于固相連接。在技術(shù)實(shí)現(xiàn)方面，對(duì)于攪拌針深入量以及軸肩壓入量而言，其均具有一定工藝要求，在工藝要求能夠得到滿足的基礎(chǔ)上，焊接材料在經(jīng)過(guò)粉碎及擠壓操作之后，由于摩擦所產(chǎn)生的熱量作用，可使熱塑性形變得以產(chǎn)生，在塑性變形能結(jié)合摩擦熱作用下，可促使材料產(chǎn)生流動(dòng)，向焊點(diǎn)周圍進(jìn)行擴(kuò)散，促使連接得以實(shí)現(xiàn)。由于攪拌摩擦焊技術(shù)所具備的獨(dú)特特點(diǎn)，母材在實(shí)際應(yīng)用中不會(huì)有較大的問(wèn)題產(chǎn)生，在鋁合金材料的焊接中這一技術(shù)也就有著十分廣泛的應(yīng)用，并且在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮著比較明顯的優(yōu)勢(shì)。

1.2TIP-TIG（TT）

TIP-TIG是在傳統(tǒng)的TIG焊的基礎(chǔ)上，采用獨(dú)特的高頻自動(dòng)運(yùn)動(dòng)送絲機(jī)構(gòu)，使焊絲在焊接熔池內(nèi)高頻線性抽動(dòng)，同時(shí)在焊槍處使用熱絲裝置，對(duì)送入熔池中的焊絲先行加熱，加快了熔敷速率，在高速振動(dòng)的焊絲將動(dòng)能傳遞給焊接熔池時(shí)，對(duì)熔池內(nèi)的液態(tài)金屬起到了有效的攪動(dòng)作用，從而改善了熔池冶金效果，有利于熔池內(nèi)氣體的排除，提高了焊縫質(zhì)量。在對(duì)鋁合金車體進(jìn)行MIG焊接時(shí)，當(dāng)空氣相對(duì)濕度較大、焊工操作水平較低時(shí)，焊后極易出現(xiàn)氣孔、焊縫成形不良、飛濺大等問(wèn)題;當(dāng)部分焊接質(zhì)量要求較高的焊縫使用TIG焊接時(shí)，焊接效率的降低又制約了生產(chǎn)進(jìn)度。采用TT焊替代手工MIG焊和TIG焊，可有效地減少鋁合金焊縫缺陷，以實(shí)現(xiàn)MIG焊的效率、TIG焊的質(zhì)量。目前該技術(shù)主要應(yīng)用于航天、核電等對(duì)焊接質(zhì)量要求較高的行業(yè)，尚未在軌道車輛的制造業(yè)中應(yīng)用，隨著行業(yè)發(fā)展的需求和技術(shù)的進(jìn)步，TT焊在軌道車輛制造上的應(yīng)用將顯示出巨大的潛力。

1.3激光電弧復(fù)合焊接技術(shù)

激光電弧復(fù)合焊接技術(shù)所指就是MIG電弧及TIG電弧和激光焊接技術(shù)兩者的復(fù)合。對(duì)于傳統(tǒng)TIG焊接技術(shù)而言，在實(shí)際焊接過(guò)程中由于較大電流的情況下會(huì)產(chǎn)生鎢極融化情況，這種方法的應(yīng)用通常都是對(duì)厚度不高于3mm的薄板進(jìn)行焊接，另外，目前的動(dòng)車組中超過(guò)一半的部件均選擇MIG焊接方式，但是其過(guò)程相對(duì)比較復(fù)雜，并且要求比較嚴(yán)格。對(duì)于激光電弧復(fù)合焊接而言，其主要就是將激光焊接技術(shù)與電弧焊接技術(shù)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行結(jié)合，從而對(duì)工程中存在的一些問(wèn)題進(jìn)行較好處理。比如，在激光焊接技術(shù)的應(yīng)用中，能量使用率比較低，這種情況產(chǎn)生的原因主要就是在焊接過(guò)程中會(huì)有等離子體云產(chǎn)生，激光在未達(dá)到焊接材料時(shí)便會(huì)在一定程度上被散射或者被吸收，其吸收作用和正負(fù)離子體密度的乘積表現(xiàn)為正相關(guān)的關(guān)系，而在激光束附近若有電弧存在，則電弧能夠?qū)⒄?fù)離子吸引或者降低抵消，從而使等離子體云密度得以減小，也就能夠有效提升激光效率。此外，激光所具備的另一個(gè)特點(diǎn)就是，在物體表面溫度不斷提高的情況下，其對(duì)于激光能量的吸收效率也能夠?qū)崿F(xiàn)有效提升。因此，在實(shí)際焊接過(guò)程中可先利用電弧加熱焊接材料，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行激光焊接，可使激光焊接中提升其吸收效率。同時(shí)，由于激光引導(dǎo)及聚焦作用影響，電弧穩(wěn)定性也就能夠增強(qiáng)，可使電弧焊接效率實(shí)現(xiàn)有效提升，從而可進(jìn)一步增加焊接熔深，這種情況在導(dǎo)熱系數(shù)及激光反射率均比較高材料中具有更明顯的體現(xiàn)。

2軌道交通焊接工藝的發(fā)展趨勢(shì)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)于軌道交通的各方面要求會(huì)越來(lái)越高，因此對(duì)于軌道交通中的焊接工藝要求也會(huì)相應(yīng)提高。針對(duì)傳統(tǒng)軌道焊接工藝中存在的問(wèn)題，激光焊是一種新型的焊接工藝，是通過(guò)高功率的聚焦激光束作為熱源，通過(guò)偏光鏡反射激光產(chǎn)生光束，進(jìn)而通過(guò)聚焦裝置將光束聚集起來(lái)產(chǎn)生高能量的光束，最后通過(guò)工件溶化產(chǎn)生的物理變化而完成焊接。激光焊接工藝的焊縫是連續(xù)線，能夠有效保證車體結(jié)構(gòu)的密封性，能夠應(yīng)用于現(xiàn)代高速列車的車體焊接生產(chǎn)。等離子弧焊同樣是未來(lái)的一種新型焊接工藝，這種焊接工藝主要采用離子弧作為熱源。等離子弧焊工作中，其它被電弧加熱而出現(xiàn)分解，在高速通過(guò)水冷嘴是產(chǎn)生壓縮，增加能量的密度與離解度，進(jìn)而增加等離子弧。等離子弧焊的能夠一次性獲得良好的穩(wěn)定焊縫，其微束等離子弧對(duì)于焊接厚度在1mm以下的不銹鋼薄板，能夠有效的降低薄板焊接變形。

結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代焊接技術(shù)以高效、節(jié)能、優(yōu)質(zhì)及工藝過(guò)程數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化控制為特征。因此，無(wú)論是隨著新的焊接材料和結(jié)構(gòu)的不斷出現(xiàn)，開發(fā)新的焊接工藝方法，還是改進(jìn)常用的焊接工藝方法，提高焊接過(guò)程機(jī)械化、自動(dòng)化水平，提高焊接質(zhì)量和生產(chǎn)率，焊接技術(shù)的不斷發(fā)展對(duì)軌道車輛制造水平的提升起著重要作用。

參考文獻(xiàn)：

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[2]康麗齊.不銹鋼軌道車輛焊接技術(shù)應(yīng)用[J].電焊機(jī)，2017，47（10）：86-88.

（作者單位：中車四方車輛有限公司）