鐵道車輛的焊接技術現狀與前景分析

王宏偉

摘要：中國目前擁有世界上最多的鐵路里程數，鐵道機車制造企業擁有巨大的國內市場，以及待為開發的更為巨大的國際市場。鐵道車輛在制造過程中，生產技術的作用巨大，其中焊接技術，對于鐵路車輛的質量以及可靠性更是有著決定性的影響。文章通過對我國現階段鐵道車輛焊接技術的梳理總結，對我國機車制造未來的焊接技術發展進行了大膽預判，希望能夠對我國的鐵道車輛制造行業的發展起到積極促進作用。

關鍵詞：鐵道車輛，焊接技術;發展現狀;未來前景

隨著復興號的量產下線，軌道交通已經成為中國高速發展的一張世界名片。目前中國鐵路機車擁有世界上最快的速度和最大的市場空間。為不斷將最好的鐵道車輛產品推向世界，并適應各種不同的地域和天氣，我們的鐵道車輛制造企業需要有各種不同的技術和工藝，包括鐵道車輛的焊接技術這一重要的部分。

一、鐵道車輛焊接技術的現狀

（一）半自動電弧焊接

由于不同鐵道車輛的產品設計、規格要求不同，鐵道車輛產品不適應大批量同質化的制造，因此鐵道車輛不能使用自動焊接設備，大多采用半自動電弧焊接技術。這種焊接技術可以適當提高效率，降低成本，也是現今應用最廣泛的焊接技術，我國的鐵道車輛生產企業一般采用半自動電弧焊接設備，外加一定量的焊工作業。

（二）鎢極惰性氣體保護弧焊（TIG焊接）

由于鎢極惰性氣體保護弧焊（TIG焊接）具有幾乎不發生焊接飛濺，也幾乎不生成熔渣，焊道光澤平滑，一般多用于鐵道車輛內部的裝修件的焊接，而不是車體焊接。

（三）摩擦攪拌焊接（FSW）

摩擦攪拌焊接（FSW）是一種新型的焊接工藝，由英國焊接研究所發明。其工作原理主要是通過旋轉并推壓前段有突起的工具，在熔點以下實現固相結合。FSW焊接工藝具有輸入熱量較少，減少變形量的優點，對于高焊接接頭強度來說優勢明顯。此外，在鐵道車輛制造中，FSW焊接工藝一般使用自動化裝置作業，所以對操作要求不高，省時省力;沒有弧光和煙塵，作業環境也比一般焊接工藝更好，因此有效提高了焊接工作的效率和質量。

在我國鐵道車輛制造中，FSW焊接工藝一般用于鋁合金制車體長度方向上型材的接合。而由于FSW焊接工藝變形量小，無異種金屬填充，呈現的焊接效果更美觀和環保，使用范圍正不斷擴大。

（四）激光焊接

和FSW焊接工藝用于鋁合金材料不同，激光焊接主要用于不銹鋼材料的焊接。由于激光束的直徑很小，焊接熔融部位相應也很小，焊接變形也就極小，這使得激光焊接成為精密焊接的重要優勢。而且激光焊接可以調整輸出功率和焊接速度，進而達到較大搭接界面熔深，可以適用較大厚度板材的焊接，適用性更強;可以做到激光照射側內面外觀與表面同樣美觀。激光焊接還可以利用連續焊接來提高焊接強度，提高氣密性和水密性。

（五）激光一電弧混合焊接

和FSW焊接工藝一樣，激光一電弧焊接工藝也用于鋁合金車體上。激光一電弧焊接就是把激光和MIG焊接電弧的2個熱源作用于同一部位實施焊接的工藝。這種復合焊接系統能夠提高焊接速度，降低焊接變形，提高熔深以及擴大對熔接坡口形狀的寬余度等。

（六）其他焊接技術

除了以上主流的焊接技術外，鐵道車輛焊接在實際中還會用到涂藥電焊條弧焊、電阻焊接等其他的一些焊接技術，但由于技術不夠先進，缺點較為明顯，應用場景已大為減少。

二、鐵道車輛焊接技術前景分析

根據我國鐵道車輛的發展方向，其焊接技術的發展方向主要有以下幾個方面：

（一）異種材料結合技術

輕型化是所有車輛包括鐵道車輛的趨勢之一，因此，各種輕量化的新型材料應用逐漸增多。除了動力和美觀方面的考量之外，鐵道車輛性能也必須達到超過3000KT的車端壓縮強度和長時間耐火性的性能要求。這就要求鐵道車輛的材料將會以碳鋼、不銹鋼和鋁合金為主，因而適宜的焊接技術將會是鉚接、FSW、激光焊接等，這些技術國內鐵道車輛企業已基本掌握，以后將會大量使用。

（二）新材料結合技術

炭纖維增強塑料（CFRP）和鈦合金都是優秀的新材料，具有強度大，輕量化的優點。已有報道表明碳纖維增強塑料（CFRP）已經開始在鐵道車輛的轉向架上使用，而鈦合金在一些關鍵的零部件上應該也具有極強適用性。面對炭纖維增強塑料這種新材料，我國鐵道車輛企業現在還不具備相應的結合技術，應盡快進行技術積累或技術引進消化吸收的工作;而鈦合金，我國鐵道車輛企業應向航空航天企業學習真空電子束焊接技術。

（三）焊接自動化技術

隨著我國人口紅利幾近消失，人工成本的大幅上漲，自動化和機器人技術已越來越普遍的被應用在各行各業中，鐵道車輛生產企業也不例外。現在，已有部分作業使用了應用機器人，但還有許多的作業需要技術水平高的人工的操作;而且，現在的鐵道車輛企業在焊接機器人的應用方面還處于工業機器人的第一階段，即“示教一再現”型機器人（焊接機器人本體、運動控制器和示教器）。現在使用的“示教一再現”型機器人有著定位性能不高、示教性能不高以及機器人與操作人員協調性不夠的三個缺點，阻礙了焊接自動化在鐵道車輛企業中的推廣。在不久的將來，第二階段的基于一定傳感信息的離線編程焊接機器人將能夠很好的解決第一階段機器人的缺點。而第三階段的就會死具有自適應性的智能化焊接機器人，由于智能化焊接機器人不僅有感知能力，還有獨立判斷和行動的能力，能夠通過記憶、推理和決策完成更復雜的動作，還能與外部對象、環境以及人相適應、相協調地工作。當然，對于鐵道車輛企業來說，后兩種焊接自動化技術還需要和專業的機器人企業一起研究、攻關，爭取早日能夠在實際當中應用起來，提高效率和速度，降低成本。

三、結束語

我國的鐵道車輛企業已經在世界范圍內擁有較強的競爭優勢，作為重要部分的焊接技術，也必須保持與時俱進。本文對我國鐵道車輛企業現有的焊接技術和未來可能的焊接技術前景做了分析和預判，希望可以提高我國鐵道車輛企業的競爭力，走在正確的技術路線上。

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