铁路客车焊接技术应用简析

铁路客车焊接技术应用简析

曹佃刚赵化民

中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东 青岛 266000

摘要：近年来我国的装备制造业取得了飞速发展，轨道车辆也随之快速发展。在轨道车辆铝合金车体生产制造过程中涉及多项关键技术，其中焊接技术属于其中之一，为了保证该项技术的先进性，就必须借助科学技术对其进行不断的创新。下面简要介绍一下铁路客车应用的焊接技术，旨在促进铁路机车车辆工业发展。

关键词：铁路客车；焊接技术应用

引言

随着铁路客车和城轨客车研发和制造技术的发展，焊接技术的应用也有突飞猛进的发展。在原有碳钢车辆的基础上，现已开发 出铝合金车辆和不锈钢车辆等多种新产品，并形成规模生产。这与焊接技术的发展和应用是分不开的。因此研究焊接技术对于轨道车辆行业的发展具有重要的推动作用。

1 车辆涉及的焊接工艺方法

（1）TIG焊技术

TIG焊技术属于动车组铝合金车体焊接技术中最为常见的焊接技术之一，其主要是借助钨电极，采用燃烧于非熔化极电极及焊件间的电 弧作为热源，同时电极和电弧区及熔化金属都用一层惰性气体保护，这样就使电弧焊焊接质量能够达到较高的质量要求。该种焊接技术既 可以是手工焊也可以是自动焊，但就目前行业应用情况来看，动车组铝合金车体焊接领域采取的焊接方式比较固定，主要还沿用了传统的 人工焊接方式。由于钨非常容易过热熔化，所以焊接过程中电流不能过高，这就决定了该种工艺只适用于比较薄的板材焊接情况，其实准 确地讲，该种焊接技术的大多数情况下只是作为一种辅助焊接技术。

（2）MIG焊技术

MIG焊接技术属于一种熔化极气体保护焊，其主要特点是电弧功率大，热量性对比较集中，所以在实际的生产过程中生产效率也就比 较高，在实际的操作过程中可以根据板厚、焊接位置不同灵活地进行调整。MIG焊可以实现多种不同的熔滴过渡形式，例如常见的短路过 渡、射流过渡以及亚射流过渡等过渡形式，都可以通过MIG焊接技术轻而易举地实现。就目前动车组铝合金车体焊接过程中MIG焊技术实 际应用情况来看，包括手工焊接和自动焊的形式存在，这两者焊接方式都有各自具有优缺点，并且分别用于不同环境和不同部位的焊接情 况，所以在实际的生产过程中两者不存在冲突，焊接人员会根据具体的情况选取合理的焊接方式。

（3）电阻点焊技术的应用

电阻点焊技术主要是利用电阻热原理，借助电阻产生的热量对铝合金表面进行加热，从而实现焊接目的，由于铝合金的物理导热性能 比较好，所以表面易形成高熔点化合物，所以该种焊接方式非常容易产生不熔合现象，因此该项技术主要被应用普通材质的车体制造过程 中，在铝合金材料的焊接情况中比较少见，但是铝合金点焊也有许多优点，例如焊后变形情况非常小，相反缺点则是应用范围相对窄小、 对于焊接电流需求比较大、焊接设备设施价格也相对比较昂贵。

（4）激光焊技术的应用

激光焊接技术是近些年来才被广泛推广开来的一种新型焊接技术，该种技术被广泛地应用于铁路车辆工业领域种。该种焊接技术主要 就是利用借助于激光的高集中性能，然后促使焊接件局部产生高温，然后融化焊丝和母材实现重新凝固的冶金过程。该种焊接技术有很多 优点：焊缝深宽比相对于传统的方式比较大、热影响区变得比较窄、焊接速度快、焊接变形非常小、能量密度也非常大。但是该种技术也 存在着许多缺点，例如激光焊焊前装配精度要求比较严格，焊后焊缝也会比较容易出现缺陷，例如气孔、咬边与裂纹等缺陷非常常见。但 是由于激光焊接设备设施的投资比较大，而且各种工作条件要求也相对较高，所以目前该种焊接技术在铁路车辆铝合金车体焊接制造过程 中应用的情况非常少。

（5）搅拌摩擦焊技术的应用

搅拌摩擦焊作为一种高效、准确度高且无污染的绿色固相连接方式，其是在焊接材料的塑性状态下完成的，焊接过程无气孔、夹杂、 热裂纹、烟尘、电磁辐射等诸多问题，可利用现代化机械设备进行自动化焊接，智能化和效率更高，焊缝无具有变形性和稳定性等特质， 解决了铝合金材质焊接的瓶颈问题，尤其铁路车辆车身对于焊接工艺要求较高，在尺寸精准性和质量“零瑕疵”的双重要求，搅拌摩擦焊接 技术成为一种主流应用趋势。搅拌摩擦焊最早应用研究是2008年南车株洲电力机车有限公司，此后，该焊接技术被应用与铝合金车体的侧 墙的、板、顶板等的焊接中，并获得较好的应用效果。目前，单轴肩和双轴肩是最常采用的搅拌摩擦焊接方式，但单轴肩方法焊接中容易 产生较大的端压力，应该预先对焊接工件进行严格装夹，且应该以刚性垫板作为背部支撑，在对接结构的焊接条件应用性较差，而双轴肩 搅拌摩擦焊可弥补上述缺点，双轴肩共用一个搅拌针，各个轴肩可接触焊件的两个表面，刚性支撑垫板可以下轴肩替代，规避了未焊透的 问题，而且针对搅拌摩擦焊接技术应用中存在的技术、设备、工艺方法等限制，未来应强化核心技术的研发，并着力推进空截面焊接、回 填式点焊、自制成双面焊接、空间3D焊接等不同连接技术的开发。

（6）虚拟技术的应用

随着引进技术的不断消化吸收，在200km平台上开发出多种系列车型，型号改进频繁，先后生产的车型有：200km短、长编，300km 一、二阶段，新一代350km短、长编，综合测试车、更高速度等级等30多种车型；不同车型车体结构变动较大，新结构对车体大部件焊接 变形及残余应力的控制提出新的不同要求，对制造工艺的设计和确定带来连续不断的压力。新的车体结构需要确定新的焊接顺序、装卡方 式、反变形、工装设计、焊接工艺参数、工艺放量等，因此迫切需要一种新的信息化智能化工艺准备辅助手段。虚拟焊接技术可对焊接温 度场、残余应力、变形等进行仿真计算，优化焊接工艺过程，减少试验成本，评估残余应力和组织对结构疲劳强度的影响。焊接仿真可对 焊接方向、焊道布置、坡口形式、焊接顺序、焊接电流电压、焊接速度、装卡方式、反变形、焊丝与母材匹配、预热、层间温度、焊枪摆 动、焊接方法、火焰调修等多种因素对工艺、结构、应力、变形、裂纹等的影响进行计算仿真。虚拟焊接主要对车体结构的焊接工艺进行 仿真计算，计算焊接工艺中产生的变形、残余应力、相变、塑性变形，优化工艺过程、改善焊接制造质量，提高产品服役性能，降低制造 成本。虚拟焊接技术的应用有力保障了高速动车制造技术的创新进步。

2 焊接技术发展趋势

现阶段，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，我国铁路机车车辆工业制造种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，同时也为激光焊、FSW焊制造提供了工艺良好的工艺准备。

结束语

随着提高质量和效率的焊接机械化和自动化水平的不断提高，焊接机械手、机器人工作站等的推广应用，焊接工艺及焊接装备的现代 化，必将推进我国铁路机车车辆制造业的现代化进程，也必将提升我国铁路机车车辆工厂与国际铁路供应商竞争的实力。