探析在動車組鋁合金車體焊接中焊接技術的應用及發展趨勢

徐 兵

（昆明中車軌道交通裝備有限公司，云南 昆明 650605）

動車組鋁合金車體焊接對于焊接裝配精度要求較高，各項工藝要求也十分嚴格，為保證動車組鋁合金車體焊接質量，必須要熟悉激光焊、MIG焊等各類常用焊接工藝的技術要點與特征，根據實際施工條件靈活選擇合適的焊接技術，同時對現有焊接技術進行不斷創新，以滿足不斷變化的動車組鋁合金車體焊接要求。

1 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[2]。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。從目前來看，TIG焊接在動車組鋁合金車體焊接中的應用以鋁合金薄板的手工焊接為主，惰性保護氣體通常為純氬氣，其焊接質量較高，能夠很好的滿足動車組車體的裝配精度要求，但由于焊接效率較低、焊接成本高、焊前清理也比較麻煩，因此實際應用相對較少。

（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，因此焊件能夠有效的壓焊為一個整體。與其他焊接技術相比，攪拌摩擦焊技術在焊接過程中無需添加保護氣和焊絲，因此幾乎不會出現熔化、煙塵、飛濺與弧光，具有著很強的環保效果，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雖然相對較少，但日本A-Train系列車、新高線高速動車組的車頂板、地板件，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，同時還具有著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[1]。從目前來看，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。

2 動車組鋁合金車體焊接技術的未來發展趨勢

（1）機器人焊接。由于當前動車組鋁合金車體焊接所應用的各種焊接技術在焊接效率上普遍較差，且多為手工焊接，很難滿足動車組生產制造需求，因此在隨著動車組制造技術的不斷發展，未來動車組鋁合金車體的焊接技術還將向著高效率、自動化的機器人焊接方向發展。機器人焊接中的機器人實際上是指機械化可編程工具，借助這類工具，可以將焊接操作以程序的形式輸入到控制單元中，并在焊接施工中控制焊接設備完成一系列的焊接操作以及零件處理操作，實現全過程自動化焊接，由于機器人焊接對于精度控制十分精準，焊接操作的完成速度較快，且無需休息，以此相比于人工焊接在效率上能夠有很大提升。同時，由于焊接操作完全由預定程序控制，因此焊接機器人能夠根據焊接要求以各種不同的焊接工藝完成焊接，靈活性非常高。

（2）雙脈沖MIG焊。雙脈沖MIG焊又稱低頻調制型脈沖MIG焊，簡單來說就是在傳統MIG焊接技術的基礎上，利用具有周期性變化特點的強弱脈沖群來對熔滴、熔池進行過渡與控制，與傳統MIG焊接技術相比，雙脈沖MIG焊的焊縫氣孔更少、晶粒更細，同時還不易產生裂紋，具有著非常良好的焊接質量，雖然目前因技術推廣限制尚未得到廣泛應用，但憑借著其不可替代的優勢，未來必然會在動車組鋁合金車體焊接中得到應用。

（3）高能密度焊接技術。高能密度焊主要包括電子束焊、激光-電弧焊、等離子弧焊幾種，是利用高能量密度的電子束、激光等作為加熱源完成焊接施工的一類焊接技術，與其他焊接技術相比普遍具有著焊縫純潔度高、工藝適應性強、焊縫深寬比高、焊接速度快、焊縫物理性能好的特點，目前主要應用于汽車制造領域。由于這類焊接技術無需進行過多的焊前準備，焊接質量也比較高，對焊接設備的要求也比較少，因此是比較適合動車組鋁合金車體焊接的。

3 結語

總而言之，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。