轨道交通制造焊接市场需求和关键焊接技术

刘少帅 黄德明 张航

中车长春轨道客车股份有限公司 吉林长春 130000

1 焊接装备与焊材的需求

在轨道车辆在焊接技术方面有了长足的进步和发展，车体的结构和质量有较大的提高，随着车辆的发展，需求的焊接装配、所使用的材料、焊材等方面均有较大的变化和提升，同时也提出了更高和更详细的要求。在工艺装备方面，随着焊接技术的多元化发展，焊接装备种类也随之变化，传统的焊条电弧焊设备和CO2 气体保护焊设备逐渐被淘汰，在焊接装备的成套性、自动化程度、制造精度和整体质量等 方面的要求明显提高，要求焊接装备具有高精度、 高可靠性、集成智能化和多功能化等特点。在轨道客车制造领域，点焊工艺设备要求其更加自动化、 数字化，并保证设备具有良好稳定的控制系统，以保证其在焊接过程中参数稳定，确保点焊焊点的表面质量；在MAG 焊工艺设备上要求焊接电弧稳定、熔滴过渡稳定，即具有一套稳定的控制系统，并充分智能而又不繁琐，熔化焊智能设备中脉冲电源方式焊接可以在生产中尝试推广使用，同时在传 统的TIG 焊工艺上要求其开发半自动焊或自动焊技术，使其同时具有MAG 焊高效率和传统TIG 焊的高质量[1]。

2 轨道车辆焊接技术

2.1 搅拌摩擦焊接技术

在轨道车辆的实际生产及运行中，搅拌摩擦焊接技术属于目前应用较广泛的新型技术，通过这一技术的应用能够可直接焊接单壁型材料，在实际焊接过程中搅拌头压力可能会造成变形情况出现，因而在焊缝之下需要加装铜垫板，从而可使接头质量能够得以有效改善，并且可使生产效率得以有效提升。然而，在对双壁型材料进行焊接过程中，不能通过加装铜垫板方式避免出现变形，此时可利用搭接接头将原来的对接接头替换，使加装垫板的工序得以减少，并且也能够在一定程度上增加接头刚性。在实际焊接过程中，对于搅拌摩擦焊接的应用，搅拌头能够实现高速旋转，由于机械摩擦作用，摩擦作用能够与材料转移过度量之间能够实现动态平衡，而这一过程中焊接温度未达到材料熔点，因而焊接材料也就不会有融化情况发生，这属于固相连接。在技术实现方面，对于搅拌针深入量以及轴肩压入量而言，其均具有一定工艺要求，在工艺要求能够得到满足的基础上，焊接材料在经过粉碎及挤压操作之后，由于摩擦所产生的热量作用，可使热塑性形变得以产生，在塑性变形能结合摩擦热作用下，可促使材料产生流动，向焊点周围进行扩散，促使连接得以实现。由于搅拌摩擦焊技术所具备的独特特点，母材在实际应用中不会有较大的问题产生，在铝合金材料的焊接中这一技术也就有着十分广泛的应用，并且在实际应用中发挥着比较明显的优势。

2.2 激光焊接技术

在轨道车辆的焊接中，激光焊接技术也是应用比较广泛的一种新型技术，在这一技术的应用中，其热源为高功率能量聚焦而得到相关激光束，通过偏光镜的反射作用，这些激光能够在聚焦装置中实现聚集，也就能够使较高能量得以产生，在这些高能量的发热作用下可实现工件的融化，而工件能够与所产生物理变化实现结合，最终使焊缝得以形成。在该技术的实际应用中，结合方式属于线结合，其特点技术不存在断点，激光焊接技术在实际应用中表现出的优点就是能够对深度及宽度较大的一些焊缝进行处理，在母材区域中受高温影响的范围比较小，可使焊接得以快速完成，母材所产生的变形量比较小。然而，这一技术在实际应用中也表现出一定的缺点，具体而言就是对于装配精度具有比较严格的要求，并且在实际焊接中很容易有咬边、裂纹以及气孔等相关缺陷存在。在铝合金焊接中，激光焊接技术由于其明显优点而得到广泛的应用，但就目前的铝合金车辆焊接情况而言，这一技术并未得到大规模应用，其主要影响因素就是所需要花费的成本比较高，并且要求也比较严格[2]。

2.3 激光电弧复合焊接技术

激光电弧复合焊接技术所指就是 MIG 电弧及 TIG 电弧和激光焊接技术两者的复合。对于传统 TIG 焊接技术而言，在实际焊接过程中由于较大电流的情况下会产生钨极融化情况，这种方法的应用通常都是对厚度不高于3mm 的薄板进行焊接，另外，目前的动车组中超过一半的部件均选择 MIG 焊接方式，但是其过程相对比较复杂，并且要求比较严格。对于激光电弧复合焊接而言，其主要就是将激光焊接技术与电弧焊接技术的优势进行结合，从而对工程中存在的一些问题进行较好处理。比如，在激光焊接技术的应用中，能量使用率比较低，这种情况产生的原因主要就是在焊接过程中会有等离子体云产生，激光在未达到焊接材料时便会在一定程度上被散射或者被吸收，其吸收作用和正负离子体密度的乘积表现为正相关的关系，而在激光束附近若有电弧存在，则电弧能够将正负离子吸引或者降低抵消，从而使等离子体云密度得以减小，也就能够有效提升激光效率。所以，在轨道车辆的焊接中，激光电弧复合焊接技术均表现出较明显的优势[3]。

在目前轨道车辆的生产及实际运行过程中，为能够实现其更理想的应用，需要对车辆进行合理焊接，而焊接技术的应用使实现有效焊接的技术，因而掌握轨道车辆的焊接技术十分必要。在目前轨道车辆焊接过程中，相关技术人员需要清楚认识轨道车辆焊接工艺现状，并且充分掌握轨道车辆焊接技术发展中出现的各种新型技术，以实现其更好的应用，保证轨道车辆焊接能够取得更加理想的效果，实现车辆焊接的更好发展。