軌道交通制造焊接技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

尹光劍 姜立民 邱存寶 王文 賀永輝

中車(chē)四方車(chē)輛有限公司 山東青島 266000

1 焊接技術(shù)和材料在軌道交通車(chē)體中的應(yīng)用概況

軌道交通能否順利開(kāi)通運(yùn)營(yíng)很大程度上取決于軌道交通車(chē)輛，假如車(chē)輛質(zhì)量不過(guò)關(guān)的話，其后果就會(huì)相當(dāng)嚴(yán)重，因此必須要對(duì)軌道交通車(chē)體的制造給予高度的重視。通過(guò)焊接技術(shù)及焊接方法的改進(jìn)和提升使車(chē)體強(qiáng)度更加安全可靠，從根本上確保軌道交通車(chē)輛的安全運(yùn)行。軌道交通包含有城際動(dòng)車(chē)組、高速動(dòng)車(chē)組以及地鐵動(dòng)車(chē)組等。鋁合金和不銹鋼材料是主要的車(chē)體材料，和傳統(tǒng)碳鋼相比，不銹鋼具有美觀大方、維修方便等優(yōu)勢(shì)，使車(chē)體的耐用性更強(qiáng)，所以具有非常廣泛的應(yīng)用范圍。鋁合金材料非常輕便，同時(shí)外表十分美觀，具有較強(qiáng)的腐蝕性，具有廣闊的發(fā)展環(huán)境。在實(shí)際制造軌道交通車(chē)體的過(guò)程當(dāng)中，需要加強(qiáng)對(duì)高可靠性焊接技術(shù)的應(yīng)用，并對(duì)其具體的方式根據(jù)具體的要求和應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行合理選擇[1]。

2 常見(jiàn)的軌道交通車(chē)體焊接技術(shù)

2.1 熱焊

鋼軌鋁熱焊的焊接原理是鋁熱劑在坩堝中點(diǎn)燃，形成高溫鋁熱鋼水，注入焊接砂型和待焊鋼軌組成的空腔中。高溫鋼水通過(guò)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的砂型澆注系統(tǒng)熔化待焊鋼軌端面，冷卻凝固后將待焊鋼軌連接成一個(gè)整體。鋼軌鋁熱焊有自己的熱源。因此，該設(shè)備簡(jiǎn)單易行，快，少量人員可進(jìn)行焊接作業(yè)。在鋁熱焊焊接中，鋼軌的幾何位置在焊接過(guò)程中幾乎沒(méi)有變化，其平順性取決于夾具。因此，焊接接頭的平整度優(yōu)于氣壓焊。由于鋼軌在焊接過(guò)程中不移動(dòng)，特別適用于跨區(qū)域無(wú)縫鋼軌的焊接。鋁熱焊實(shí)際是鑄造過(guò)程。在鑄造過(guò)程中，鋁熱焊焊縫金屬為鑄態(tài)組織。因此，界面的性質(zhì)具有鑄造的特點(diǎn)，力學(xué)性能比閃光焊差。鋁熱焊的焊接缺陷主要是由于施工過(guò)程中預(yù)熱不足造成的。所以在生產(chǎn)中，鋼軌預(yù)熱過(guò)程是焊接過(guò)程中一個(gè)非常重要的過(guò)程。受人、機(jī)、料、法等諸多因素的制約，應(yīng)因地制宜地采取保障措施。在低溫環(huán)境下，氧氣瓶、丙烷瓶和儀表應(yīng)采取保溫措施，保證預(yù)熱火焰穩(wěn)定、正常。鋁熱焊焊頭兩側(cè)鋼軌的母材為熱影響區(qū)?，F(xiàn)行工藝標(biāo)準(zhǔn)未規(guī)定焊頭的正火處理。事實(shí)上，應(yīng)積極開(kāi)發(fā)鋁熱焊正火加熱器，應(yīng)使鋁熱焊頭正火，提高焊接接頭的綜合強(qiáng)度指標(biāo)。

2.2 鋁合金車(chē)體激光-MIG 復(fù)合焊接技術(shù)

高速動(dòng)車(chē)組和大部分城軌車(chē)輛的車(chē)體均由鋁合金板材和型材組焊而成，鋁合金車(chē)體具有質(zhì)量輕、密封性好、噪聲低等特點(diǎn)，在城軌、地鐵和高速列車(chē)上應(yīng)用廣泛。在行駛過(guò)程中，車(chē)體長(zhǎng)期承受著振動(dòng)和沖擊載荷的作用，車(chē)體焊縫的質(zhì)量和性能直接關(guān)乎車(chē)輛的安全性。目前，我國(guó)主要依靠的是MIG 焊接技術(shù)，其焊接工藝及自動(dòng)化水平已較為成熟，但MIG 焊接鋁合金存在單道焊接熔深有限，焊接速度慢、焊接熱輸入大、焊縫熱影響區(qū)寬、接頭韌性低、熱影響區(qū)以及焊縫的強(qiáng)度大幅下降，焊接結(jié)構(gòu)的變形大，以及需要焊后矯正等缺點(diǎn)，大大影響了鋁合金車(chē)體的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，難以滿(mǎn)足現(xiàn)代制造業(yè)的需求。鋁合金的激光-MIG 復(fù)合焊接工藝與傳統(tǒng)的MIG 焊相比，焊縫成形良好，不僅焊接效率提高，接頭的強(qiáng)度也有很大提高，并且接頭的應(yīng)力、變形也會(huì)減小，這對(duì)于保障鋁合金車(chē)體整體的尺寸精度和安全可靠性是非常有利的，也減輕了后續(xù)車(chē)體調(diào)修的難度，且相較于攪拌摩擦焊，適用的焊縫形式更全面[2]。

2.3 部分熔透激光疊焊參數(shù)優(yōu)化

不銹鋼薄板激光疊焊接頭質(zhì)量的兩個(gè)重要評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是搭接接頭的剪切載荷和下板外表質(zhì)量。而焊縫熔深和焊縫熔寬又是影響這兩個(gè)質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的重要參數(shù)。不銹鋼薄板激光疊焊焊縫尺寸主要是由激光功率和焊接速度決定的，因此，合理匹配激光功率和焊接速度是控制焊縫成形并保證搭接接頭剪切載荷和下板外表面質(zhì)量的主要途徑。在一定的功率條件下，當(dāng)焊接速度較小時(shí)，線能量較大，熔深較大，會(huì)影響下板的外表面質(zhì)量；當(dāng)焊接速度較大時(shí)，線能量較小，會(huì)造成熔深不足，使得剪切強(qiáng)度難以保證。通過(guò)工藝優(yōu)化研究，認(rèn)為焊接線能量控制在40J/mm 左右對(duì)保證剪切強(qiáng)度和下板外表面質(zhì)量較為合適。綜合考慮焊接速度對(duì)焊縫成形的影響，最終選擇的焊接工藝參數(shù)為在光斑直徑為0.6mm 的前提下，激光功率為1200W，焊接速度為30mm/s。

2.4 多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制技術(shù)

在焊接機(jī)器人實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，因?yàn)楹附幽繕?biāo)通常有較大的體積，所以大多數(shù)情況下需要使用多個(gè)焊接機(jī)器人共同作業(yè)?；谶@一情況，應(yīng)該使用多機(jī)器人的協(xié)調(diào)控制技術(shù)來(lái)協(xié)調(diào)多個(gè)機(jī)器人工作路徑和工作面?，F(xiàn)階段工業(yè)生產(chǎn)中出現(xiàn)了越來(lái)越多的焊接目標(biāo)大型化情況，為確保多焊接機(jī)器人安全、順利開(kāi)展復(fù)雜焊接操作流程，十分有必要提前對(duì)控制機(jī)器人的工作路徑和動(dòng)作進(jìn)行協(xié)調(diào)[3]。

3 焊接技術(shù)的展望

首先，現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的慢工出細(xì)活已經(jīng)不能適應(yīng)行業(yè)的飛速發(fā)展，只有在保證質(zhì)量的前提下，提高生產(chǎn)的工作效率，才能不被社會(huì)淘汰，同時(shí)在制造過(guò)程中，還需要注意控制產(chǎn)品的成本，過(guò)高的成本也會(huì)影響產(chǎn)品的制造，只有優(yōu)質(zhì)、高效、低成本的產(chǎn)品才更有競(jìng)爭(zhēng)力。其次，現(xiàn)代新興軌道交通車(chē)體焊接技術(shù)應(yīng)克服困難，積極尋求適用于焊接的優(yōu)質(zhì)新興材料，解決材料之間的矛盾，為此，軌道交通車(chē)體焊接技術(shù)工作人員可與專(zhuān)業(yè)的材料工程師進(jìn)行溝通，保證材料的高質(zhì)量、低成本、高效率。最后，軌道交通車(chē)體的制造要求多種工業(yè)技術(shù)的精湛完美，焊接技術(shù)作為主要組成部分更是必不可少的一部分，必須改變傳統(tǒng)思維中認(rèn)為焊接技術(shù)是薄弱環(huán)節(jié)的思維定式，全力改良產(chǎn)品的質(zhì)量，提高軌道交通車(chē)體的整體質(zhì)量。同時(shí)，以達(dá)到軌道交通車(chē)體焊接結(jié)束全智能化控制、零缺陷為終極目標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，現(xiàn)行的幾種軌道鋼的焊接放法優(yōu)缺點(diǎn)各異，根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的加工工藝，操作者根據(jù)實(shí)際的加工工藝認(rèn)真細(xì)致的按規(guī)定要求完成，就一定能得到合格的產(chǎn)品。