高速列车铝合金车体焊接技术其发展趋势论文

高速列车铝合金车体焊接技术及其发展趋势[摘要]：本文阐述了现代高速列车铝合金车体的焊接技术研究和应用现状，介绍了目前应用较多的焊接技术方法及其发展趋势。

[关键词]：高速列车铝合金车体焊接发展趋势
中图分类号：u292.3+5 文献标识码：u 文章编号：1009-914x（2013）01- 0159-02
随着轨道车辆速度的加快，车体轻量化变得越来越迫切。

不锈钢因其密封性较差且密度较高，一般适于制造准高速列车，而铝合金材料制造 200 km/h 以上的高速列车有着很大的优越性[1]。

铝合金密度小、耐蚀性好、比刚度高，可以大大降低列车的自重并提高其安全性。

在现代轨道车辆结构中大量采用高强度铝合金材料替代钢铁材料，铝合金车体约占世界份额95%[2，3]。

随着近几年中国高速列车技术的引进消化吸收和国内铝合金型材加工技术的日益成熟，国内的高速列车车体材料也都大量采用铝合金。

高速列车时速的进一步提高对列车车体材料及连接工艺尤其是焊接工艺提出了更高的要求。

一、高速列车铝合金车体焊接技术研究现状
1.金属极惰性气体保护焊（mig焊）
mig焊是目前世界上高速列车铝合金车体焊接应用最为广泛、经济、有效的焊接工艺。

在铁路车辆制造行业，传统mig焊接技术主要由自动或半自动mig焊、手工焊接技术构成。

为了适应高速列车
的使用条件，近几年出现一些新的mig焊接技术[4]。

双丝脉冲mig 焊技术现在已成熟应用在高速列车车体的焊接中，如南车青岛四方机车车辆股份有限公司采用奥地利生产的rit330—s型双枪双臂龙门igm焊接机器人设备对铝合金车体侧墙进行焊接。

高速列车的车体侧墙、车顶所用的基本为6005a铝合金，端墙板所用的6082铝合金，国外铝合金车体常用的7020铝合金，国内外相关科研单位和轨道车辆生产制造厂家针对不同铝合金材料的双丝脉冲mig焊接技术都已展开相关研究[5，6]。

国外还发展了双头或多头双弧双丝共熔池焊接[4]。

mig焊容易产生裂纹、夹渣、气孔、未焊透等焊接缺陷，其热输入量高、变形大、飞溅等也无法避免；工作过程会产生大量烟尘、气体、弧光等造成工作环境恶劣，增加工人劳动强度。

因此对mig 焊的焊接设备、焊接工艺及焊工资质的要求十分严格，同时需要对工作环境进行大量投入进行改善和提高。

2.搅拌摩擦焊（fsw焊）
fsw焊是用高温硬质合金旋转头与工件连接处的相对运动摩擦产生热量加热软化后，由旋转头平台相继加压并沿待焊处移动来完成焊接[7]。

fsw焊可以焊接几乎所有系列的铝合金材料，焊接过程能自动对铝合金材料焊接过程中的表面氧化膜进行破碎，焊接过程中没有材料熔化，因此具有不产生热裂纹、液化裂纹及气孔等优势[8]。

较小的热输入也大大地降低了材料的焊接变形，因此特别适用于铝合金长直焊缝的焊接，被众多列车制造企业用于列车长大型
材的焊接中[9]。

fsw焊能很好的焊接熔焊焊接困难的2000和7000系列超高强铝合金及铝锂合金，使高速列车的铝合金车体的选材和结构质量达到一个新水平。

日本日立，川崎重工、欧洲的庞巴迪，阿尔斯通都已将fsw焊接技术应用在列车部分部件制造上。

中国搅拌摩擦焊中心已经初步具备了宽幅铝合金型材拼接、中空铝合金型材的焊接技术及相关焊接设备的研发能力。

随着近几年fsw焊接技术的飞速发展，将在国内高速列车制造行业逐渐得到应用。

3.激光焊接技术
铝合金激光焊是一种利用高能量密度的激光束作为热源的高效精密焊接方法，是近十几年来发展起来的一种新型焊接技术。

铝合金激光焊具有大功率密度、低热输入总量、同等热输入量熔深大、热影响区小、焊接变形小、速度高、易于工业自动化等优点，对高速列车车体所用的热处理铝合金有较大的应用优势。

激光焊可提高加工速度并极大地降低热输入，从而提高生产效率，改善焊接质量，提高焊接接头的性能。

在德国tissen工厂采用激光焊接工艺成功实现复合铝合金板的焊接，在上海高速磁悬浮列车上这一焊接技术也得到成功应用。

铝合金激光焊接也存在一些缺陷，气孔是铝合金激光焊接主要缺陷之一。

另外，在焊接熔化过程中，强化组织遭到完全破坏而变成铸态组织，这也会使其强度与硬度下降。

4.激光-mig复合焊接技术
激光焊接铝合金表面成形极差，如何解决单纯激光焊接存在的
表面成形问题，是引进激光-mig复合焊的关键。

用激光获得很好的熔深，mig焊获得焊缝形状和表面成形，这一技术在世界铁路车辆行业，还没有应用，但正在论证和试验[10]。

铝合金夹心板和蜂窝结构具有强度刚度高、隔热隔声性能好等优点，是目前高速列车铝合金车体型材结构发展的主流方向[4]。

随着高速列车车体铝合金夹心板和蜂窝结构的大量应用，激光-mig焊的优势将得到进一步的发挥。

5.cmt焊接技术
cmt（cold metal transfer）焊接是一种冷金属过渡技术，它是将送丝过程与熔滴过渡过程进行数字化协调[11]。

在高速铝合金列车中，由于存在1mm厚铝合金板长焊缝问题，而薄壁铝合金板的长焊缝是mig焊接是目前很难解决的难题。

而cmt焊接技术可以实现无飞溅起弧，减少了焊后清理工作；弧长控制精确，电弧稳定；焊接过程热输入量小，可对薄板进行对接焊而不需要对工件进行背面气体保护，而且容易实现自动化操作[12]。

cmt焊接技术几乎可以应用于所有的已知材料。

目前高速列车的蒙皮、地板等薄壁铝合金板的焊接大部分都用传统的自动或半自动mig焊。

普通mig焊热输入量大很容易造成烧穿，变形大。

热输入量小的短路焊接虽然可以用于薄壁铝板的焊接但仍存在飞溅问题。

利用cmt技术焊接1mm厚薄铝合金板时，间隙容忍度高，通过电控制电流、电压波形和送丝，熔滴过渡十分稳定，焊缝成形美观，无飞溅[12]。

cmt技术通过与脉冲mig焊混合使用，可以增加铝板的
焊接厚度，扩大其应用范围。

6.电阻电焊
电阻电焊在汽车和列车制造业长期以来广泛应用。

具有机械化、自动化程度高、生产率高、焊接质量可靠的特点。

为保证焊接质量，研究各种如铝合金、镁合金等新材料的电阻点焊工艺技术已成了非常迫切的需要。

近年来，各国焊接工作者就此展开了大量的理论及实际研究[13]。

目前在国内高速列车制造行业已有应用，如南车青岛四方机车股份有限公司已经将电阻点焊应用在高速列车铝合金
车体的端墙生产中。

7.气体保护钨极氩弧焊（tig）
由于tig焊接设备所用的钨极承载电流的能力较差，过大的电流会引起钨极熔化和蒸发，其微粒有可能进入熔池，形成夹渣，影响焊接质量。

还由于tig焊熔深浅，熔敷速度小，成本较高，生产率较低，难以满足高速列车车体的高效率生产和高质量要求，所以目前在高速列车铝合金车体生产制造中很少采用tig焊。

二、展望
中国近几年引进吸收国外成熟的高速列车制造技术，在此技术上进一步实现国产化及自主创新。

制造技术是一个国家综合制造能力的体现，目前国内在综合制造能力较国外发达国家还有很大的差距。

广大科研人员和工程技术人员需要不断研究创新，提高我们的综合制造能力，缩小与世界先进水平的差距。

焊接技术是高速列车的车体制造技术的关键，列车制造厂家需要根据我国的国情和自身
实际情况选用适合自身发展的焊接方法，并不断开发创新的工艺技术，不断地提高产品质量。

参考文献：
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[13]陈素玲，刘翠荣，吴志生. 铝合金电阻点焊技术的发展现状[j].铝加工， 2008 （4）：40-43
作者简介：
刘振刚（1975.04.14——），男，工程师，山东省栖霞市人，本科，从事于工业自动化。