焊接技術在軌道交通車體中應用現狀及發展趨勢

廖敏

河北省廊坊市坤昊建筑工程有限公司 河北廊坊 065000

1 不銹鋼車體焊接工藝

1.1 電阻焊

在不銹鋼城軌車輛車體制造中，目前應用比例最大的焊接方法是電阻焊。電阻焊是焊件組合后通過電極施加壓力，利用電流通過接頭的接觸面及鄰近區域產生的電阻熱進行焊接的方法。車體頂棚、底架、側墻、端墻等主要部件焊接主要采用電阻焊。該焊接方法能夠大比例應用于不銹鋼城軌車輛焊接中有以下原因:

（1）不銹鋼車體各主要部件的組成大都是薄板部件或薄板成型件組焊而成，在控制薄板不銹鋼焊接變形方面，電阻焊較傳統弧焊具有明顯優勢。

（2）電阻焊設備技術成熟，設備自動化程度高，有助于生產制造單位的生產效率提高及人力配置成本的下降。設備工藝裝置的投入較其它特種焊接方法性價比高。

（3）電阻焊無需焊接填充材料，能夠滿足城軌車輛車體設計輕量化的需求。

1.2 熔化極氣體保護焊

繼電阻點焊大比率應用，熔化極氣體保護焊作為一種常規焊接方法，常用于在不銹鋼車體底架、車內、車頂的用于安裝作用的小部件焊接。在制造過程中需注重解決奧氏體不銹鋼焊接性以下方面問題：（1）熱裂紋；（2）焊接變形大；（3）焊接接頭的腐蝕。

工藝措施制定可以從以下方面加以考慮：

（1）在制定焊接WPS（焊接工藝規程）時，計算焊接熱輸入量，選用小電流快速焊的工藝參數。

（2）焊接點固時，不得采用點狀點固的形式，因為這種點狀弧焊容易形成裂紋缺陷，需規定點固焊縫長度必須達到焊接接頭設計規范。

（3）在不銹鋼車體焊接過程中，工裝的夾緊設計尤為關鍵，合理的工裝方案能夠有效控制焊接變形，控制焊接變形的其它方法如合理的焊接順序、反變形的方案制定。同時對于單個小部件的焊接，可以考慮整體整合焊接。

例如不銹鋼車門角的焊接，作為一單獨的小部件，在制作過程中需焊接，由于單獨制作1個門角，焊接變形量大不易實現，在實際生產中四個門角作為一整體焊接制作,通過整體焊接減少了焊接變形保證了部件尺寸。

（4）焊接時要盡可能地縮短在敏化溫度區（450-850℃）段下停留的時間。如采用水冷或其它冷卻方法。

2 鋁合金車體焊接工藝

鋁合金車體常用材料主要為5000系、6000系與7000系鋁合金，其中5000系屬于熱處理強化鋁合金，主要以板材為主，常用于地板托架、內部骨架等部位，焊接性好；6000系為熱處理強化鋁合金，以型材為主，常用于地板、側墻、車頂等部位；7000系為鋁鋅鎂鋁合金，以板材和簡單截面型材為主，材料強度高，常用于車體重要承載部位，但由于鋅的加入，焊接性變差。

考慮到車體結構、材料、成本控制等因素，目前鋁合金車體常用的焊接方法主要有熔化極惰性氣體保護焊（MIG焊），電阻點焊、攪拌摩擦焊（FSW）等，MIG焊使用最多，電阻點焊也有應用，FSW作為新的焊接工藝方法也開始在軌道交通領域被推廣使用[1]。

MIG焊接技術屬于一種熔化極氣體保護焊，其主要特點是電弧功率大，熱量性對比較集中，所以在實際的生產過程中生產效率也就比較高，在實際的操作過程中可以根據板厚、焊接位置不同靈活地進行調整。MIG焊可以實現多種不同的熔滴過渡形式，例如常見的短路過渡、射流過渡以及亞射流過渡等過渡形式，都可以通過MIG焊接技術輕而易舉地實現。就目前動車組鋁合金車體焊接過程中MIG焊技術實際應用情況來看，包括手工焊接和自動焊的形式存在，這兩者焊接方式都有各自具有優缺點，并且分別用于不同環境和不同部位的焊接情況，所以在實際的生產過程中兩者不存在沖突，焊接人員會根據具體的情況選取合理的焊接方式。

阻點焊技術主要是利用電阻熱原理，借助電阻產生的熱量對鋁合金表面進行加熱，從而實現焊接目的，由于鋁合金的物理導熱性能比較好，所以表面易形成高熔點化合物，所以該種焊接方式非常容易產生不熔合現象，因此該項技術主要被應用普通材質的車體制造過程中，在鋁合金材料的焊接情況中比較少見，但是鋁合金點焊也有許多優點，例如焊后變形情況非常小，相反缺點則是應用范圍相對窄小、對于焊接電流需求比較大、焊接設備設施價格也相對比較昂貴。

攪拌摩擦焊，作為一項革命性的焊接技術，自1991年問世以來，就因其具有焊接接頭性能優異、缺陷率低、能耗低、綠色環保等優點逐漸在航空航天、汽車制造、軌道交通、傳播等領域得到了廣泛地應用和推廣。攪拌摩擦焊技術，其原理是由一個高速旋轉的攪拌頭插入被焊工件，產生摩擦熱使材料熱塑化而實現固相連接，其顯著特點是被焊材料未熔化，焊后材料強度損失小[2]。在實際生產應用中，攪拌摩擦焊的焊縫的一側或兩側會出現殘留的片狀金屬，即飛邊，導致攪拌摩擦焊后焊縫高度低于母材，因此待焊部位的高度設計時通常高于其他部位，以補償焊接造成的損失。另外，攪拌頭拔出時會帶出一定量的母材，會導致焊縫末端殘留匙孔，因此設計時可對待焊工件長度施加放量。

總之，經過多年的發展，傳統的焊接工藝方法已經在軌道交通領域不斷成熟，而像攪拌摩擦焊和激光焊這樣先進的焊接技術，已經逐步在軌道交通車輛車體制造中得到應用。相對于傳統的焊接工藝，新的焊接工藝有著無可比擬的優勢，但由于受到一些輔助設備的發展以及成本因素的制約，目前還沒有大范圍應用到實際生產線[3]。技術在不斷地進步，新的焊接工藝也在不斷地改良以適應各種需求，所以對先進焊接工藝的未來發展前景持樂觀態度，相信這些先進的焊接技術會在未來軌道交通領域大放異彩。