焊接技术在动车组铝合金车体焊接的应用及发展趋势

丁雷 王彦龙 李永志 中车长春轨道客车股份有限公司

铝合金属于一种常见的金属材料，与一般的黑色金属相比，其具有多种良好的物理特性和可加工性。铝合金质量轻、强度高并且具有良好的可焊接性以及可锻造性，以上特点十分符合铁路车辆制造业对工程材料特性的需求。再加上近年来轨道动车行业发展迅猛，对于材料的综合性能要求也逐年攀升，所以研究铝合金车体相关技术对于我国交通运输行业的发展具有重要意义。

一、动车组铝合金车体焊接技术概述

以目前行业形势来看，轨道车辆铝合金车体制造业主要的采用的焊接技术主要有五大类，它们分别是TIG 焊、MIG 焊、电阻点焊以及近些年出现的激光焊与搅拌摩擦焊等新的焊接技术等，而在我国应用最多最广泛的焊接技术主要是前两者。因为受铝合金自身的特性影响，该种材料的焊接性能相对较差，材料比热容相对较高，材料热传导率比较大，再就是在进行局部加热的时候非常难控制，所以这就使其对于焊接技术要求比较严苛，再加上动车组铝合金车体的整体性能要求比较严苛，所有对于壳体的焊接质量要求就相对更加严格，尤其是焊接质量以及焊接尺寸等，所以这种复杂的形势迫切地要求技术人员需要不断地对焊接技术进行更新。

二、动车组铝合金车体焊接中焊接技术的应用

1. MIG 焊接技术。MIG 焊接技术又称熔化极惰性气体保护电弧焊，是一种在TIG焊的基础上发展起来的焊接技术，与TIG 焊接技术相比，MIG 焊接技术同样会将焊件与焊丝分为极性不同的电极，并采用惰性气体进行保护，但焊接时会连续送进焊丝，并将熔化后的焊丝填充到焊缝之中，采用的电流密度也比较高，能够有效解决TIG 焊接技术焊接能量不足、无法焊接厚度较高金属焊件的问题。在动车组铝合金车体焊接方面，MIG 焊接技术的应用同样以手工焊为主，但由于动车组车体的铝合金构件厚度较高，因此相比TIG 焊应用更广，整个列车车体50%左右的焊接施工都需要依靠MIG焊接技术来完成，常见的焊接部件包括动车组列车车厢地板、侧墙、车顶、端墙薄板等等。当然，由于MIG 焊接的操作比较复杂，对于焊工的培养比较慢，因此随着动车组列车制造规模的不断扩大，MIG 焊接技术专业焊工不足的问题已经逐渐凸显了出来。对此国内已经开始在高速动车组铝合金车体制造对自动MIG 焊技术进行了应用，通过龙门式IGM 机械手、悬臂式ESAB 专机、等自动焊设备来完成车顶板、平顶板、地板等大部件的焊接施工，不仅有效解决了焊工不足的问题，同时还是得焊接效率有了较大的提升。

2. TIG 焊接技术。TIG 焊接技术又称钨极惰性气体保护电弧焊，属于最早的气体保护电弧焊技术，焊接时会将高熔点的钨与焊件分别作为不同电极，并将二者间的空气用惰性气体进行替换，这样一来，焊接时空气会被完全隔绝在焊件焊接处意外，不会对电弧与热影响区造成影响，焊接接头自然也就不会出现软化、气孔、裂纹等问题。

3.搅拌摩擦焊技术。搅拌摩擦焊技术是一种出现相对较晚的节能环保焊接技术，其在焊接时会将特殊搅拌头插入到焊件的焊接部位并进行高速旋转，使焊件接触面因快速摩擦而产生热量，在热量不断累积的情况，一旦焊件接触面温度达到了焊接温度要求，即可利用铝合金高温强度低的特点，通过轴向锻压来完成焊件的固相连接。由于搅拌头的压力作用是从其前端向后部塑性流动的，因此焊件能够有效地压焊为一个整体。与其他焊接技术相比，搅拌摩擦焊技术在焊接过程中无须添加保护气和焊丝，因此几乎不会出现熔化、烟尘、飞溅与弧光，具有很强的环保效果，现阶段搅拌摩擦焊技术在动车组铝合金车体焊接中的应用相对较少，但部分城铁车项目铝地板、车顶板、侧墙等，均是采用此类焊接技术来完成焊接，并取得了不错的效果。

4.激光焊技术。激光焊技术主要是利用高功率的激光发射器所发射出的光子来融化焊接结构件，之后再将不同焊接结构件能够连接起来并重新凝固，以实现金属材料的有效焊接。与其他焊接技术相比，激光焊技术的焊接速度快、变形程度与热影响区均比较小，同时还具有较大的焊缝深宽比与能量密度，虽然对焊前装配精度要求较高，但十分适合应用于动车组铝合金车体的焊接施工，尤其是在复合铝合金板的焊接上，更是有着其他焊接技术所不具备的良好效果。我国标准动车组的铝合金车体焊接虽然并未采用该焊接技术，但其在国外的应用已经有了很多成功的应用案例，例如在上海浦东线高速磁悬浮列车的铝合金车体焊接中，就采用了激光焊技术。

三、新型焊接技术在动车组铝合金车身制造中的发展方向

可以说新型焊接技术正在日趋成熟，以激光焊与FSW 焊为代表的焊接技术术语新型焊机技术的代表，由于它们起步相对较晚，所以在未来行业应用的过程中还需要不断地去完善。所有相关领域的技术人员都在努力提升技术水平和优化实际应用，所以这些新型的焊接技术在动车组铝合金车体焊接领域应用前景良好。近年来，我国轨道行业十分热衷于先进的动车组铝合金车体制造技术研究，这体现了我国十分重视铝合金车体制造生产，也表现出了我国大力发展轨道车辆行业的决心，这些都为我国动车组铝合金焊接制造技术的提升提供了良好的发展基础。

四、结语

总之，当前动车组铝合金车体焊接应用的焊接技术虽然比较多，但基本都存在着一定的缺陷与不足，很难完全满足动车组制造需求，因此未来还需在现有焊接技术的基础上不断进行创新改进，将更多先进焊接技术应用到动车组铝合金车体的焊接工作中来，才能够使动车组制造水平得到进一步提升。