激光加工技術在城市軌道車輛制造中的應用

方斌 吳寶強

摘 要：在科技迅猛發展的今天，各種高新科技出現在我們的日常生活中。其中最常見也是應用最廣泛的一種技術就是激光加工技術，它被運用于各個制造行業，尤其是軌道車輛的加工與制造中。它是利用激光束來對車體進行切割、焊接、檢測，從而將這項技術運用于城市軌道車輛制造中，但也隨著人們對軌道車輛速度、車體穩度、環境質量等方面的要求越來越高，激光加工這一當代先進技術也面臨著各種各樣的可能與挑戰，該文就對它在城市軌道車輛制造中的具體應用進行簡單地闡述。

關鍵詞：激光加工技術;城市;軌道車輛;制造

中圖分類號：U270.6? ? ? 文獻標志碼：A

1 軌道車輛制造工藝流程

當今社會出行最重要的一種交通運輸工具就是軌道車輛，它支撐著現代城市交通行業的整體發展。高鐵、動車、地鐵、輕軌成為人們出行或旅游首選乃至必選的交通工具。它們都有一個共同的特點，就是速度比一般汽車快，車身又特別穩，轉彎基本不會感覺到有明顯的晃動，在高鐵上放一杯水，無論跑多遠的車程，都不會撒出一滴水。因此它的工藝技術與質量要求也直接反映了我國的軌道運輸事業的發展，因此對軌道車輛的質量與制造工藝非常重視，也有著高標準的剛性要求。車體和車輛轉向架的制造是軌道車輛制造過程中最重要的組成部分，在制造過程中也是對這兩方面有著嚴格的技術要求與質量把控。它的制造工藝流程就是先下料，然后對原材料進行一系列的加工，從而生成各種零件，然后再對這些零件進行切割、焊接、拼接，最后組裝成件等。在整個工藝流程中最重要的也就2點：對零件進行切割和焊接。以前采用的是傳統的切割和焊接工藝，主要是針對金屬和非金屬材質，傳統工藝不但不能滿足現在的新型材料，而且在精密度和時間上也不能保證，因此已經不能滿足現代軌道車輛制造的要求。面對這種現狀，激光加工技術的出現正好攻克了這些缺點，而被人們廣泛地應用于制造過程中的切割和焊接等工藝流程中。

2 目前激光加工技術在軌道車輛中的具體應用

激光加工技術是一門利用激光束與物質兩者之間相互作用的一門技術，對物質進行相應規格大小的切割、焊接及對表面加工等。它利用切割效率高、熱影響區域小等優點，在軌道車輛制造行業中的具體應用如下：

首先，第一步就是下料環節。軌道車輛制造的過程中第一步就是備料環節，在這一環節中，要對物料進行加工，最重要的步驟就是對物料進行相應的切割，利用激光加工技術在這一步中發揮作用，它在切割過程中能夠最大程度地減少在物料切割過程中的變形程度，也能最大程度的提高切割的精密度與準確度。現階段最多的就是使用CO2激光器和光纖激光器對金屬、非金屬等進行二維平面切割下料，2種激光各有優勢，在城市軌道車輛生產中起到了重要的作用。隨著城市軌道車輛整體性能提升，產品的質量要求也越來越高，對三維激光切割的需求愈發顯著。三維激光切割明顯地提升了加工質量和效率，在不銹鋼地鐵的生產中應用廣泛，已經實現批量生產。三維激光切割工藝柔性好，能適應不同形狀工件的切割加工，尤其是異性斷面料件的切割，可以取代傳統制造工藝的修邊模和沖孔模。三維激光切割工藝具有步驟簡單、制造周期短、切割速度快、切縫寬度小等一系列優點，但是也存在著編程周期長、定位工裝多等缺點，需要在后續應用中進行優化。

其次，第二步就是利用激光加工技術對切割之后的零件及物料進行焊接。經過第一步的切割之后，再通過雙件組焊、多件組焊對車身進行一系列的拼接組裝，最后組裝成完整的車身。目前市場上的車身大多采用的是不銹鋼等材料，普通焊接技術由于焊接過程中不耐熱而導致車身產生不同程度的變形，最后導致車體質量、外觀以及車輛行駛過程中的安全等問題。激光焊接技術利用激光束方法，采用激光焊接專機的方式，使用CO2激光器，通過相應的輔助裝置實現了整個焊接拼接過程，克服了傳統焊接技術帶來的弊端，焊接效率高，最重要的是焊接變形很小，大大提高了車身的整體外觀與質量。中國中車（CRRC）在波士頓項目競標中脫穎而出，原因就是其激光焊接技術在城市交通軌道制造工藝上有著較高的水準，在國內軌道交通行業中具有領頭羊的地位。

最后，激光加工技術也運用于當今各種新型的材料中。隨著國家的富強及科技的進步，人們生活質量不斷提高，隨之而來的環境生態問題、材料安全問題等關注度也越來越高，新型環保高分子材料的發現也被運用到各個制造行業中。例如，我們平時常常聽到的鈦合金材料，它不是單一物質構成的，它是在鈦的基礎上加入了其他合金元素從而組成的合金，它具有自身密度低、抗腐蝕性好、易焊接等優點，被廣泛利用于航天等各個領域，目前發現鈦對人體也有有益的作用，因此這種新型材料也被運用到軌道車輛的制造材料中。目前各個制造商也紛紛加入鈦合金市場的大洪流中，但是面對這種新材料，傳統的高溫焊接技術又會導致其變形或者由于高溫產生其他有害物質，而采用激光加工技術都能夠避免這些弊端，它的焊接速度不但得到了提高，還能低熱輸入而不至于使物體變形。

此外，激光加工技術還應用于車輛制造過程中的其他方面，例如在質量控制的體系中，利用激光加工技術引入微痕標識以及相應條形碼及二維碼的管理系統。在車輛制造中的定位與追蹤裝置的制備過程中，采用激光掃描與定位系統，并由相關的制造商進行開發與生產。在運輸物料過程中使用的AGV小車也采用激光導向技術，并且在其他的物流系統中也被利用。激光檢測還可用于開發模具、制作樣車等，極大程度地降低了成本并提高了速度，降低錯誤率，提高了精密度與準確度，其實用性強，大大地提高了自動化程度。

3 激光加工技術存在的問題及發展前景

隨著激光技術的快速發展，軌道車輛制造業的要求越來越嚴格，激光技術也面臨著越來越多的問題，高功率切割技術尚未成熟，精細加工技術還比較薄弱，而車輛制造行業中對高精密度愈高準確度的要求也越來越多，國內大多激光技術都停留在實驗樣機狀態，好多技術還停滯在已有的研究基礎之上，對新技術新工藝的開發還未達到需求水平，很多實驗理論還很難應用在商業中，目前市場上很少把激光技術應用到機器人的技術中。因此，目前激光技術的發展還有很大的進步空間，就激光加工業與車輛制造行業而言，需要由專業團隊時行技術開發，大力推廣激光技術，學習歐美等國家的先進技術并做出相應的改進，同時加大科研及生產基地對技術的同步研究，并利用機器人將激光加工技術大規模地應用到城市軌道車輛的制造行業中，使激光加工技術在市場中快速地發展。

4 結語

科技是第一生產力，只有最大程度地發展科技才能最大程度地帶動生產力。激光加工技術就是科技的一個縮影，利用城市軌道交通這個優勢，大規模地發展激光加工技術，將會為交通行業帶來廣闊的前景。面對激光加工技術面臨的機遇與挑戰，只有不斷創新，不斷努力，才能把握機遇，迎接挑戰。

參考文獻

[1]韓曉輝，張志毅，李剛卿.激光焊接技術在不銹鋼軌道客車制造中的應用與展望[J].電焊機，2018，48（3）：1-8.

[2]光纖激光技術在軌道交通行業的應用[J].金屬加工（冷加工），2016（S1）：1017-1019.

[3]王春生，劉慶祝.焊接技術在軌道客車制造行業的推廣應用[J].焊接，2015（1）：1-6，70.

[4]王春生.軌道交通制造焊接市場需求和關鍵焊接技術[J].金屬加工（熱加工），2013（16）：22-27.