焊接技術在動車組鋁合金車體焊接的應用及發展趨勢

丁雷 王彥龍 李永志 中車長春軌道客車股份有限公司

鋁合金屬于一種常見的金屬材料，與一般的黑色金屬相比，其具有多種良好的物理特性和可加工性。鋁合金質量輕、強度高并且具有良好的可焊接性以及可鍛造性，以上特點十分符合鐵路車輛制造業對工程材料特性的需求。再加上近年來軌道動車行業發展迅猛，對于材料的綜合性能要求也逐年攀升，所以研究鋁合金車體相關技術對于我國交通運輸行業的發展具有重要意義。

一、動車組鋁合金車體焊接技術概述

以目前行業形勢來看，軌道車輛鋁合金車體制造業主要的采用的焊接技術主要有五大類，它們分別是TIG 焊、MIG 焊、電阻點焊以及近些年出現的激光焊與攪拌摩擦焊等新的焊接技術等，而在我國應用最多最廣泛的焊接技術主要是前兩者。因為受鋁合金自身的特性影響，該種材料的焊接性能相對較差，材料比熱容相對較高，材料熱傳導率比較大，再就是在進行局部加熱的時候非常難控制，所以這就使其對于焊接技術要求比較嚴苛，再加上動車組鋁合金車體的整體性能要求比較嚴苛，所有對于殼體的焊接質量要求就相對更加嚴格，尤其是焊接質量以及焊接尺寸等，所以這種復雜的形勢迫切地要求技術人員需要不斷地對焊接技術進行更新。

二、動車組鋁合金車體焊接中焊接技術的應用

1. MIG 焊接技術。MIG 焊接技術又稱熔化極惰性氣體保護電弧焊，是一種在TIG焊的基礎上發展起來的焊接技術，與TIG 焊接技術相比，MIG 焊接技術同樣會將焊件與焊絲分為極性不同的電極，并采用惰性氣體進行保護，但焊接時會連續送進焊絲，并將熔化后的焊絲填充到焊縫之中，采用的電流密度也比較高，能夠有效解決TIG 焊接技術焊接能量不足、無法焊接厚度較高金屬焊件的問題。在動車組鋁合金車體焊接方面，MIG 焊接技術的應用同樣以手工焊為主，但由于動車組車體的鋁合金構件厚度較高，因此相比TIG 焊應用更廣，整個列車車體50%左右的焊接施工都需要依靠MIG焊接技術來完成，常見的焊接部件包括動車組列車車廂地板、側墻、車頂、端墻薄板等等。當然，由于MIG 焊接的操作比較復雜，對于焊工的培養比較慢，因此隨著動車組列車制造規模的不斷擴大，MIG 焊接技術專業焊工不足的問題已經逐漸凸顯了出來。對此國內已經開始在高速動車組鋁合金車體制造對自動MIG 焊技術進行了應用，通過龍門式IGM 機械手、懸臂式ESAB 專機、等自動焊設備來完成車頂板、平頂板、地板等大部件的焊接施工，不僅有效解決了焊工不足的問題，同時還是得焊接效率有了較大的提升。

2. TIG 焊接技術。TIG 焊接技術又稱鎢極惰性氣體保護電弧焊，屬于最早的氣體保護電弧焊技術，焊接時會將高熔點的鎢與焊件分別作為不同電極，并將二者間的空氣用惰性氣體進行替換，這樣一來，焊接時空氣會被完全隔絕在焊件焊接處意外，不會對電弧與熱影響區造成影響，焊接接頭自然也就不會出現軟化、氣孔、裂紋等問題。

3.攪拌摩擦焊技術。攪拌摩擦焊技術是一種出現相對較晚的節能環保焊接技術，其在焊接時會將特殊攪拌頭插入到焊件的焊接部位并進行高速旋轉，使焊件接觸面因快速摩擦而產生熱量，在熱量不斷累積的情況，一旦焊件接觸面溫度達到了焊接溫度要求，即可利用鋁合金高溫強度低的特點，通過軸向鍛壓來完成焊件的固相連接。由于攪拌頭的壓力作用是從其前端向后部塑性流動的，因此焊件能夠有效地壓焊為一個整體。與其他焊接技術相比，攪拌摩擦焊技術在焊接過程中無須添加保護氣和焊絲，因此幾乎不會出現熔化、煙塵、飛濺與弧光，具有很強的環保效果，現階段攪拌摩擦焊技術在動車組鋁合金車體焊接中的應用相對較少，但部分城鐵車項目鋁地板、車頂板、側墻等，均是采用此類焊接技術來完成焊接，并取得了不錯的效果。

4.激光焊技術。激光焊技術主要是利用高功率的激光發射器所發射出的光子來融化焊接結構件，之后再將不同焊接結構件能夠連接起來并重新凝固，以實現金屬材料的有效焊接。與其他焊接技術相比，激光焊技術的焊接速度快、變形程度與熱影響區均比較小，同時還具有較大的焊縫深寬比與能量密度，雖然對焊前裝配精度要求較高，但十分適合應用于動車組鋁合金車體的焊接施工，尤其是在復合鋁合金板的焊接上，更是有著其他焊接技術所不具備的良好效果。我國標準動車組的鋁合金車體焊接雖然并未采用該焊接技術，但其在國外的應用已經有了很多成功的應用案例，例如在上海浦東線高速磁懸浮列車的鋁合金車體焊接中，就采用了激光焊技術。

三、新型焊接技術在動車組鋁合金車身制造中的發展方向

可以說新型焊接技術正在日趨成熟，以激光焊與FSW 焊為代表的焊接技術術語新型焊機技術的代表，由于它們起步相對較晚，所以在未來行業應用的過程中還需要不斷地去完善。所有相關領域的技術人員都在努力提升技術水平和優化實際應用，所以這些新型的焊接技術在動車組鋁合金車體焊接領域應用前景良好。近年來，我國軌道行業十分熱衷于先進的動車組鋁合金車體制造技術研究，這體現了我國十分重視鋁合金車體制造生產，也表現出了我國大力發展軌道車輛行業的決心，這些都為我國動車組鋁合金焊接制造技術的提升提供了良好的發展基礎。

四、結語

總之，當前動車組鋁合金車體焊接應用的焊接技術雖然比較多，但基本都存在著一定的缺陷與不足，很難完全滿足動車組制造需求，因此未來還需在現有焊接技術的基礎上不斷進行創新改進，將更多先進焊接技術應用到動車組鋁合金車體的焊接工作中來，才能夠使動車組制造水平得到進一步提升。