焊接工艺在轨道客车制造行业的推广探讨

焊接工艺在轨道客车制造行业的推广探讨

庄清霖

中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东省青岛市 266111

摘要：在轨道客车制造行业当中，焊接工艺是其中相当重要的一种加工的方法，焊接工艺的应用对轨道客车制造的水平提升起着重要作用。同时轨道客车制造行业的发展也对焊接工艺的推广应用有着反馈作用，会为焊接工艺的应用提供潜在市场，激光焊接以及MIG复合焊接等先进高效的焊接技术的应用也推动了轨道车辆焊接技术的发展。本文就先进的焊接工艺在轨道客车制造行业的推广应用进行了具体的介绍。

关键字：轨道客车制造；焊接工艺；推广应用

1 先进焊接工艺在轨道客车制造领域的应用现状

先进焊接工艺在轨道客车不锈钢车体上的应用

在工业制造产业不断发展的同时，行业内也发现了不锈钢这一材料的优点，因为其抗腐蚀的性能相对其它金属材料而言都要优秀很多，因此也在轨道客车制造行业开始发光发亮。但不锈钢材料也有其自身的缺陷，例如导热性相对较差，线膨胀系数较大等，从而很容易出现热裂纹和变形的现象^[1]。而电阻焊技术在这种情况下就得到了广泛的应用。电阻焊技术指的是在要焊接的组件上通电，利用电阻产生的热量来作为焊接热源，并且施加电压，完成焊接的焊接工艺。这一技术在不锈钢车体焊接上应用占比相当之高，在整个焊接结构当中占比百分之70左右。下图为不锈钢客车车体的示意图。

图1 不锈钢客车车体示意图

一方面，使用不锈钢材料来制造轨道客车车体具有极高的抗腐蚀性能。另一方面，通过应用电阻焊技术可以将弯曲的骨架和薄外板焊接起来，这样就实现了降低材料的重量从而降低车的重量。这一技术在使用不锈钢材料来制造车体时应用的很多也很关键，真正意义上保障了不锈钢轨道客车车体的制造。

先进焊接工艺在轨道客车铝合金车体上的应用

铝合金材料在轨道客车制造业上也是应用很多的，由于铝合金的质量较轻并且也拥有不错的抗腐蚀性能，整体上平整度也比较高，所以在制造轨道客车车体时，铝合金这一材料也受到了很多轨道客车制造公司的青睐。尤其在高速铁路的车体制造上，铝合金有着其它材料没有的优势，是相对不可替代的，因此这项材料在轨道客车制造领域的应用发展是最为迅猛的。在欧洲和日本等地，铝合金材料制造的车体在所有的轨道客车车体当中占比都相当的高，基本都达到了五成之上。而在高速轨道铁路车体中，铝合金车体在市场的份额中占比达到了惊人的百分之九十五。

但是，同样一个材料有其独有的优点，自然也会在应用上面临着一些困难，于铝合金本身而言，其焊接性相对较差，焊接成本相对较高并且焊接过程容易受到环境中的湿度和温度等因素的影响。除此之外，在进行铝合金车体焊接时，会产生有毒的烟尘，这对人体是有很大的伤害的，会造成肺功能和神经系统的损害^[2]。在这样的基础之下，焊接自动化技术得到了比较广泛的应用。焊接自动化技术就是通过机械手的使用，如悬臂专机等设备，并且结合计算机程序来对焊接件进行加热或者加压的操作，最终实现焊件的连接。下图为悬臂专机示意图。

图2 悬臂专机示意图

现代化自动焊技术发展十分迅速，在现有焊接机器人的基础之上，最终实现了计算机集成制造系统。这一技术在轨道客车制造领域应用的也相当多，但是主要还是用在铝合金材料的车体焊接上。

先进焊接工艺在转向架制造上的应用

目前，在转向架的制造商，使用的材料也向专业用钢倾斜，高强度钢材在其中使用的比重越来越大。此外，在激光技术快速发展的同时，激光切割等先进的加工技术也被应用到了转向架焊接的原料准备过程中。随着行业的不断发展以及原料准备的过程越来越有效率，在很多的轨道客车制造公司当中，超过五成的工作量都交给了基于机器人的自动焊接技术。在焊接之前，给定焊接的参数以及机械手运行的轨迹就能让机器人精确按照这个轨迹进行。自动焊接技术的发展，提高了轨道客车制造的转向架的制造质量^[3]。

2 轨道客车焊接技术未来的发展趋势

首先是不锈钢激光叠焊技术。激光焊技术是一种高能束焊接方法，焊接速度较快并且焊接面形变程度较小。这项技术在国外的轨道客车制造领域当中已经逐渐开始应用了，并且发展速度十分之快，在日本和德国等国家，已经把激光叠焊技术应用到了新的客车车体制造上。激光焊技术的使用，不仅提高了焊接的速度和焊接的质量，并且对新的客车车体结构升级也起到了一定的促进作用。

其次是铝合金搅拌摩擦焊技术。这一技术是铝合金焊接领域的新型自动焊接技术。原本对铝合金材料进行焊接，使用的方法是惰性气体保护焊，但是上文也提到了这种方法容易产生气孔和裂纹等，焊接的质量得不到保障。搅拌摩擦焊的出现有效解决了这一问题[4]。我国的搅拌摩擦焊技术虽然起步较晚，但是发展势头也是十分迅猛，目前在航天和国防领域已经有所应用，近年来国内的轨道客车制造公司也开始重视起了这项技术，并且展开了研究，在应用上可能还需要一些时间，但是在这一领域应用前景十分广阔。

结束语：

国内焊接技术通过多次对国际先进焊接技术的学习和引进，已经和国际水平接近持平。而国内焊接技术的高速发展，深刻的给轨道客车制造领域带来了影响。在轨道客车车体制造以及轨道客车转向架的制造上应用十分广泛。轨道客车制造的水平不断提高，与先进焊接技术的发展应用有很大的关系，同时焊接技术未来的发展方向也会进一步促进轨道客车制造技术的发展。随着人工智能领域的日渐成熟和发展，自动焊接技术的进一步推广和使用，也逐渐成为可能，从大部件的自动焊接向较小和结构较复杂零部件的自动焊接深入推广，在提升生产效率和产品质量，改善操作人员施工环境和降低劳动强度方面优势明显，值得结合实际情况深入研究和探讨实施。

参考文献：

傅小日，李金森，程冰等. 我国铁路客车转向架技术发展概论[J]. 铁道车辆，2005，43(8)：1-9.

王春生. 轨道交通制造焊接市场需求和关键焊接技术[J]. 金属(热加工)，2013，16：22-27

吴茂国. 不锈钢客车焊点组织结构及性能超群的研究[D]. 北京. 北京交通大学硕士学位论文，2005,11:2-3

郝春梅，许晓阳. 轨道客车不锈钢[J]. 材料工程，2008(3)：34-36