探析在动车组铝合金车体焊接中焊接技术的应用及发展趋势

探析在动车组铝合金车体焊接中焊接技术的应用及发展趋势

武润强，李飞，李启革

中车青岛四方机车车辆股份有限公司  山东省青岛市  266000

摘要：随着高速铁路的快速发展，动车组铝合金车体因其轻量化、高强度和良好的耐腐蚀性成为行业首选。焊接技术在动车组铝合金车体制造中占据着核心地位，其质量直接关系到车体的安全性和使用寿命。本文旨在探析动车组铝合金车体焊接技术的应用现状及发展趋势，以期为相关领域的技术进步提供参考。

关键词：动车组；铝合金；车体焊接；焊接技术；有效应用；发展趋势

1 动车组铝合金车体焊接技术概述

结合目前情况，铝合金虽然可以满足动车打造的基本需求，但是由于其焊接性能较差，且对局部加热以及相关人员技术要求也相对较高，以其作为出发点的焊接技术还需进一步深入探究。除此之外，对于动车车组制作来说，其要求的焊接技术还要满足铝合金材料的高比热容特性。结合上述要点，并结合铝合金材料的特点，目前在焊接时运用的技术共有五大种类。结合目前我国动车组生产中运用的焊接技术，每种不同的焊接技术在动车组制造过程中运用的部分不尽相同，例如TIG焊接以及MIG焊接一般会用在焊接动车组铝合金整体壳体上。虽然我国动车组制造焊接技术接近成熟，但是由于车体对性能提出的特殊要求以及相关尺寸和质量的要求极高，焊接技术还需结合相关要求进一步进行探究和创新。

2 铝合金焊接特性

对于铝合金的焊接，其特性因其独特的材料性质而受到深远影响。铝合金具有熔点低，导热性能好，化学活性强等特点，这些都给其焊接过程带来了特殊的挑战。熔点低意味着在焊接过程中需要精细控制加热的时间和温度，以防过度熔化甚至烧穿；良好的导热性能则要求高效的焊接技术，以确保焊缝部分的温度均匀；强化学活性意味着在焊接过程中，需要适当的防护气体或涂层以防止氧化或其他化学反应。理解这些特性并根据这些特性选择和优化焊接技术，对于提高铝合金焊接质量具有重要意义。

3 铝金金车身焊接存在的问题

针对铝合金车身焊接技术，需要分析铝合金车身焊接存在的问题，根据分析结果，选择合理的焊接技术。铝合金车身主要由铝合金挤压型材、铝合金压铸件和铝合金覆盖件等构件构成。目前，铝合金的焊接主要存在以下问题：材质问题相较于传统钢材车身，铝合金车身质量小，铝合金质量、体积约为钢材的1/3，但与此同时，弹性模量较弱，约为钢材的1/3，在具有较强可塑性的同时，铝合金车身在焊接过程中易发生形变。焊接过程存在的问题铝合金车身在进行厚板焊接时，要求的温度梯度大，焊缝强度一般能达到母材强度的70%；但在进行薄板焊接时，由于要求的温度梯度小，焊缝强度一般低于母材强度的60%，造成焊缝强度的损失。

4 动车组铝合金车体焊接中焊接技术的应用

4.1 MIG焊技术

其主要特点是电弧功率比较大，这样所产生的热量相对比较集中，所以在实际的车体焊接中操作计较快，而且它比较灵活，在焊接过程中可以根据铝合金板的厚度和焊接位置的不同进行调整，MIG焊可以实现多种形式的熔滴过渡，就目前实际情况来看，动车组铝合金车体焊接常用的MIG焊技术主要有手工焊接、机械手焊接和专机焊接，它们都有各自的优缺点，并且分别用于不同环境和不同部位的焊接情况，两者不存在冲突，焊接技术人员在操作时会根据实际情况选取最合理的方式。手工MIG焊技术在动车组铝合金车体中主要是用在一些角缝焊缝或自动焊不能完成的对接焊缝，随着轨道制造业的发展，动车组铝合金车体一些手工MIG焊的构件正逐步向MIG自动焊方向发展，MIG焊在应用上操作灵活，焊接人员在操作过程中便于观察焊缝的具体情况，缺点焊接过程中焊枪的位置不容易固定，自动化程度没有很强。

4.2 TIG焊接技术

TIG焊接技术是较为基础的焊接技术，其主要应用形式是以物电极为载体，以非熔化极电极与焊件间的燃烧电弧为主要热源，惰性气体覆盖于电极及熔化金属的周围，以此为基础确保获得良好的焊接质量。在使用TIG焊接技术时，既可采用人工方式进行操作，也可采用电子技术控制此技术完成作业，但结合现阶段相关行业的实际情况进行观察可明显发现，在实际应用TIG焊接技术进行动车组铝合金车体焊接工作时，依旧主要以人工的形式完成作业，将纯用纯氩气覆盖起来，由于钨极在接受高温后极易融化，因此在焊接中产生大量钨残留，而进行焊接的铝合金材料板厚则直接影响钨极所形成的能量，由此可充足说明，钨极越厚所产生的能量也便越大，融化程度也便越大，基于此实际特点，业内多将此技术以辅助技术予以使用。

4.3 搅拌摩擦焊接技术

搅拌摩擦焊接是一种新型固态焊接技术，最早由英国TWI机构于上世纪90年代所提出。其主要应用优势在与能够对铝合金等有色金属起到理想的焊接效果，因此在我国动车组研发生产领域引起了广泛关注。具体而言，该技术在车身构件焊接过程中主要采用特殊搅拌头插入焊缝，随后通过与接触面快速摩擦的方式来产生热量，构件焊缝的基础面逐渐达到标准的作业温度。从而利用铝合金在高温状态下强度低的材料特性，来完成构件的焊接固定工作。该技术在应用过程中不需要填充焊丝或保护气体，因此能够有效规避常规焊接技术中的气孔与热裂纹等病害问题，具有极为理想的使用效果。该技术在国内的首次成功案例为2011年，由长客股份公司率先引入搅拌摩擦焊接技术并完成了铝合金车体焊接。随后进入到2019年后国家能源集团科技项目团队更是独立研发出了首台FSW焊接设备，使搅拌摩擦焊接被广泛应用于动车生产工作中。

5 动车组铝合金车体焊接中焊接技术未来发展趋势

（1）高效精密焊接技术：随着工业自动化水平的不断提升，未来动车组铝合金车体焊接技术将更加注重焊接过程的高效性和精确性。采用先进的焊接设备，如激光焊接和电子束焊接技术，可以显著提高焊接速度，同时确保焊接接头的高质量。此外，通过精密控制焊接参数，如电流、电压和焊接速度，可以进一步减少焊接缺陷，提升整体焊接质量。

（2）智能化焊接技术：智能化焊接技术的引入，将使动车组铝合金车体焊接过程更加自动化和智能化。利用人工智能算法，可以对焊接过程进行实时监控和分析，自动调整焊接参数以适应不同的焊接条件。机器视觉技术的应用，能够对焊接质量进行非接触式检测，确保每一个焊接点都符合严格的质量标准。

（3）绿色焊接技术：环保意识的增强推动了绿色焊接技术的发展。未来焊接技术将更加注重减少有害物质的排放，例如通过使用低烟无卤焊条和环保型焊接气体，降低焊接过程中产生的烟尘和有害气体。同时，研发可回收利用的焊接材料，减少资源浪费，实现焊接生产的可持续性。

（4）轻量化焊接技术：为了提高动车组的运行效率和降低能耗，轻量化焊接技术将成为未来发展的重点。通过优化焊接结构设计，采用高强度铝合金材料，可以有效减轻车体重量。同时，通过改进焊接工艺，如采用搅拌摩擦焊等新技术，可以进一步提高材料的利用率和焊接接头的性能。

6 结束语

通过对动车组铝合金车体焊接技术的深入分析，可以看出焊接技术在动车组制造中的重要性。随着科技的不断进步和新型材料的应用，焊接技术将朝着更高效率、更高质量、更环保的方向发展。未来，动车组铝合金车体焊接技术的研究与应用将继续推动高速铁路技术的创新与发展。

参考文献：

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