軌道交通制造焊接市場需求和關(guān)鍵焊接技術(shù)

劉少帥 黃德明 張航

中車長春軌道客車股份有限公司 吉林長春 130000

1 焊接裝備與焊材的需求

在軌道車輛在焊接技術(shù)方面有了長足的進步和發(fā)展，車體的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量有較大的提高，隨著車輛的發(fā)展，需求的焊接裝配、所使用的材料、焊材等方面均有較大的變化和提升，同時也提出了更高和更詳細的要求。在工藝裝備方面，隨著焊接技術(shù)的多元化發(fā)展，焊接裝備種類也隨之變化，傳統(tǒng)的焊條電弧焊設(shè)備和CO2 氣體保護焊設(shè)備逐漸被淘汰，在焊接裝備的成套性、自動化程度、制造精度和整體質(zhì)量等 方面的要求明顯提高，要求焊接裝備具有高精度、 高可靠性、集成智能化和多功能化等特點。在軌道客車制造領(lǐng)域，點焊工藝設(shè)備要求其更加自動化、 數(shù)字化，并保證設(shè)備具有良好穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，以保證其在焊接過程中參數(shù)穩(wěn)定，確保點焊焊點的表面質(zhì)量；在MAG 焊工藝設(shè)備上要求焊接電弧穩(wěn)定、熔滴過渡穩(wěn)定，即具有一套穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，并充分智能而又不繁瑣，熔化焊智能設(shè)備中脈沖電源方式焊接可以在生產(chǎn)中嘗試推廣使用，同時在傳 統(tǒng)的TIG 焊工藝上要求其開發(fā)半自動焊或自動焊技術(shù)，使其同時具有MAG 焊高效率和傳統(tǒng)TIG 焊的高質(zhì)量[1]。

2 軌道車輛焊接技術(shù)

2.1 攪拌摩擦焊接技術(shù)

在軌道車輛的實際生產(chǎn)及運行中，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)，通過這一技術(shù)的應(yīng)用能夠可直接焊接單壁型材料，在實際焊接過程中攪拌頭壓力可能會造成變形情況出現(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，在對雙壁型材料進行焊接過程中，不能通過加裝銅墊板方式避免出現(xiàn)變形，此時可利用搭接接頭將原來的對接接頭替換，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。在實際焊接過程中，對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)，由于機械摩擦作用，摩擦作用能夠與材料轉(zhuǎn)移過度量之間能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)平衡，而這一過程中焊接溫度未達到材料熔點，因而焊接材料也就不會有融化情況發(fā)生，這屬于固相連接。在技術(shù)實現(xiàn)方面，對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，向焊點周圍進行擴散，促使連接得以實現(xiàn)。由于攪拌摩擦焊技術(shù)所具備的獨特特點，母材在實際應(yīng)用中不會有較大的問題產(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，并且在實際應(yīng)用中發(fā)揮著比較明顯的優(yōu)勢。

2.2 激光焊接技術(shù)

在軌道車輛的焊接中，激光焊接技術(shù)也是應(yīng)用比較廣泛的一種新型技術(shù)，在這一技術(shù)的應(yīng)用中，其熱源為高功率能量聚焦而得到相關(guān)激光束，通過偏光鏡的反射作用，這些激光能夠在聚焦裝置中實現(xiàn)聚集，也就能夠使較高能量得以產(chǎn)生，在這些高能量的發(fā)熱作用下可實現(xiàn)工件的融化，而工件能夠與所產(chǎn)生物理變化實現(xiàn)結(jié)合，最終使焊縫得以形成。在該技術(shù)的實際應(yīng)用中，結(jié)合方式屬于線結(jié)合，其特點技術(shù)不存在斷點，激光焊接技術(shù)在實際應(yīng)用中表現(xiàn)出的優(yōu)點就是能夠?qū)ι疃燃皩挾容^大的一些焊縫進行處理，在母材區(qū)域中受高溫影響的范圍比較小，可使焊接得以快速完成，母材所產(chǎn)生的變形量比較小。然而，這一技術(shù)在實際應(yīng)用中也表現(xiàn)出一定的缺點，具體而言就是對于裝配精度具有比較嚴格的要求，并且在實際焊接中很容易有咬邊、裂紋以及氣孔等相關(guān)缺陷存在。在鋁合金焊接中，激光焊接技術(shù)由于其明顯優(yōu)點而得到廣泛的應(yīng)用，但就目前的鋁合金車輛焊接情況而言，這一技術(shù)并未得到大規(guī)模應(yīng)用，其主要影響因素就是所需要花費的成本比較高，并且要求也比較嚴格[2]。

2.3 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。對于傳統(tǒng) TIG 焊接技術(shù)而言，在實際焊接過程中由于較大電流的情況下會產(chǎn)生鎢極融化情況，這種方法的應(yīng)用通常都是對厚度不高于3mm 的薄板進行焊接，另外，目前的動車組中超過一半的部件均選擇 MIG 焊接方式，但是其過程相對比較復(fù)雜，并且要求比較嚴格。對于激光電弧復(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)勢進行結(jié)合，從而對工程中存在的一些問題進行較好處理。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程中會有等離子體云產(chǎn)生，激光在未達到焊接材料時便會在一定程度上被散射或者被吸收，其吸收作用和正負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撾x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。所以，在軌道車輛的焊接中，激光電弧復(fù)合焊接技術(shù)均表現(xiàn)出較明顯的優(yōu)勢[3]。

在目前軌道車輛的生產(chǎn)及實際運行過程中，為能夠?qū)崿F(xiàn)其更理想的應(yīng)用，需要對車輛進行合理焊接，而焊接技術(shù)的應(yīng)用使實現(xiàn)有效焊接的技術(shù)，因而掌握軌道車輛的焊接技術(shù)十分必要。在目前軌道車輛焊接過程中，相關(guān)技術(shù)人員需要清楚認識軌道車輛焊接工藝現(xiàn)狀，并且充分掌握軌道車輛焊接技術(shù)發(fā)展中出現(xiàn)的各種新型技術(shù)，以實現(xiàn)其更好的應(yīng)用，保證軌道車輛焊接能夠取得更加理想的效果，實現(xiàn)車輛焊接的更好發(fā)展。