焊接技術(shù)在動(dòng)車組鋁合金車體焊接的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)

丁雷 王彥龍 李永志 中車長春軌道客車股份有限公司

鋁合金屬于一種常見的金屬材料，與一般的黑色金屬相比，其具有多種良好的物理特性和可加工性。鋁合金質(zhì)量輕、強(qiáng)度高并且具有良好的可焊接性以及可鍛造性，以上特點(diǎn)十分符合鐵路車輛制造業(yè)對(duì)工程材料特性的需求。再加上近年來軌道動(dòng)車行業(yè)發(fā)展迅猛，對(duì)于材料的綜合性能要求也逐年攀升，所以研究鋁合金車體相關(guān)技術(shù)對(duì)于我國交通運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

一、動(dòng)車組鋁合金車體焊接技術(shù)概述

以目前行業(yè)形勢(shì)來看，軌道車輛鋁合金車體制造業(yè)主要的采用的焊接技術(shù)主要有五大類，它們分別是TIG 焊、MIG 焊、電阻點(diǎn)焊以及近些年出現(xiàn)的激光焊與攪拌摩擦焊等新的焊接技術(shù)等，而在我國應(yīng)用最多最廣泛的焊接技術(shù)主要是前兩者。因?yàn)槭茕X合金自身的特性影響，該種材料的焊接性能相對(duì)較差，材料比熱容相對(duì)較高，材料熱傳導(dǎo)率比較大，再就是在進(jìn)行局部加熱的時(shí)候非常難控制，所以這就使其對(duì)于焊接技術(shù)要求比較嚴(yán)苛，再加上動(dòng)車組鋁合金車體的整體性能要求比較嚴(yán)苛，所有對(duì)于殼體的焊接質(zhì)量要求就相對(duì)更加嚴(yán)格，尤其是焊接質(zhì)量以及焊接尺寸等，所以這種復(fù)雜的形勢(shì)迫切地要求技術(shù)人員需要不斷地對(duì)焊接技術(shù)進(jìn)行更新。

二、動(dòng)車組鋁合金車體焊接中焊接技術(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、無法焊接厚度較高金屬焊件的問題。在動(dòng)車組鋁合金車體焊接方面，MIG 焊接技術(shù)的應(yīng)用同樣以手工焊為主，但由于動(dòng)車組車體的鋁合金構(gòu)件厚度較高，因此相比TIG 焊應(yīng)用更廣，整個(gè)列車車體50%左右的焊接施工都需要依靠MIG焊接技術(shù)來完成，常見的焊接部件包括動(dòng)車組列車車廂地板、側(cè)墻、車頂、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)車組列車制造規(guī)模的不斷擴(kuò)大，MIG 焊接技術(shù)專業(yè)焊工不足的問題已經(jīng)逐漸凸顯了出來。對(duì)此國內(nèi)已經(jīng)開始在高速動(dòng)車組鋁合金車體制造對(duì)自動(dòng)MIG 焊技術(shù)進(jìn)行了應(yīng)用，通過龍門式IGM 機(jī)械手、懸臂式ESAB 專機(jī)、等自動(dòng)焊設(shè)備來完成車頂板、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，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、裂紋等問題。

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)，通過軸向鍛壓來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，因此焊件能夠有效地壓焊為一個(gè)整體。與其他焊接技術(shù)相比，攪拌摩擦焊技術(shù)在焊接過程中無須添加保護(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)車組鋁合金車體焊接中的應(yīng)用相對(duì)較少，但部分城鐵車項(xiàng)目鋁地板、車頂板、側(cè)墻等，均是采用此類焊接技術(shù)來完成焊接，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)車組鋁合金車體的焊接施工，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。我國標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組的鋁合金車體焊接雖然并未采用該焊接技術(shù)，但其在國外的應(yīng)用已經(jīng)有了很多成功的應(yīng)用案例，例如在上海浦東線高速磁懸浮列車的鋁合金車體焊接中，就采用了激光焊技術(shù)。

三、新型焊接技術(shù)在動(dòng)車組鋁合金車身制造中的發(fā)展方向

可以說新型焊接技術(shù)正在日趨成熟，以激光焊與FSW 焊為代表的焊接技術(shù)術(shù)語新型焊機(jī)技術(shù)的代表，由于它們起步相對(duì)較晚，所以在未來行業(yè)應(yīng)用的過程中還需要不斷地去完善。所有相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員都在努力提升技術(shù)水平和優(yōu)化實(shí)際應(yīng)用，所以這些新型的焊接技術(shù)在動(dòng)車組鋁合金車體焊接領(lǐng)域應(yīng)用前景良好。近年來，我國軌道行業(yè)十分熱衷于先進(jìn)的動(dòng)車組鋁合金車體制造技術(shù)研究，這體現(xiàn)了我國十分重視鋁合金車體制造生產(chǎn)，也表現(xiàn)出了我國大力發(fā)展軌道車輛行業(yè)的決心，這些都為我國動(dòng)車組鋁合金焊接制造技術(shù)的提升提供了良好的發(fā)展基礎(chǔ)。

四、結(jié)語

總之，當(dāng)前動(dòng)車組鋁合金車體焊接應(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，很難完全滿足動(dòng)車組制造需求，因此未來還需在現(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)車組鋁合金車體的焊接工作中來，才能夠使動(dòng)車組制造水平得到進(jìn)一步提升。