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轨道交通焊接工艺及其价值分析

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  摘要:轨道车辆对现代生产加工行业与社会发展的作用越来越大,因此在近年来的发展速度也越来越快。随着现代经济的发展以及人们生活节奏的加快,人们对于轨道车辆的质量与安全性要求在不断提升,进而对轨道交通的焊接工艺也有了更高的要求。轨道交通中的焊接工艺对于轨道车辆的质量以及制造成本有很大的影响,提升轨道交通的焊接工艺不仅能够提升焊接制造水平,同时也能够提升轨道车辆的生产效率与生产效益。为此,主要针对轨道交通的焊接工艺与价值进行分析,希望能够促进我国轨道交通行业的发展。
中国论文网 http://www.xzbu.com/2/view-8423883.htm
  关键词:轨道交通;焊接工艺;价值
  中图分类号:TB
  文献标识码:A
  doi:10.19311/j.cnki.16723198.2017.15.096
  随着我国经济的不断发展,轨道交通逐渐成为了人们工作与生活中的重要交通方式,轨道交通对于各个领域的发展都起到了很重要的作用,同时也在各个领域中进行了广泛的应用。焊接工艺时轨道交通中轨道车辆生产制造的核心技术,也是衡量轨道车辆制造能力的重要标志。焊接技术水平会直接影响的车辆的品质、制造的成本以及生存的周期,对于轨道交通行业的发展有很重要的价值影响。随着我国高速铁路的迅速发展以及城铁车辆市场的不断扩大,传统的焊接制造工艺已逐渐无法满足现代轨道交通行业发展需求,现代轨道交通行业对于焊接工艺有了更高的要求。MAG电弧焊时轨道交通车辆车体骨架的主要焊接方式,目前在我国的轨道交通焊接应用中仍然存在一定的不足,本次研究首先分析了我国传统轨道焊接工艺中存在的不足,同时对MAG电弧焊工艺提升的价值进行分析,最后对国外先进的激光-MIG符合焊接工艺进行探讨,希望对于我国轨道交通焊接工艺的提升有所帮助。
  1轨道交通焊接工艺现状
  1.1铝合金车体焊接工艺现状
  在轨道交通车辆的制造生产中,铝合金材料是轨道交通车辆中车体部位的主要材料,也是轨道交通车辆车体的传统材料。铝合金材料具有质量轻、耐腐蚀等优点,同时还具有材料可再生利用的环保特点。铝合金材料的车体包括底架、侧墙、车顶、车头以及端墙,在焊接的过程中,主要采用半自动MIG焊,部分配合TIG焊,焊丝常采用ER4043与5087,焊接过程中的保护气体则主要采用纯氩气或氩气混合氦气。铝合金车体在焊接过程中容易受到焊接环境的温度与空气相对湿度的影响,其影响因素是铝合金的热导率非常高,如果在焊接过程中温度过低,会让焊接的融透性变差,而如果焊接时的温度过高,则会导致HAZ过热,进而使得强度下降。同时铝合金表面的氧化膜具有较强的吸水性,水分会在焊接过程中分解进而产生氢气孔,因此铝合金材质的轨道交通车体在焊接过程中对焊接环境的温度与空气相对湿度要求较高。另外铝合金材质在焊接过程中产生的烟尘对于焊接工作人员的健康也会产生较大的危害,焊接过程中会产生CO、氢氧化物等有害其它,同时也会产生铝粉尘、氟化物等有害颗粒。
  1.2不锈钢车体焊接工艺现状
  在进入20世纪90年代后,为了适应社会经济发展的需求,在轨道交通车辆生产中对车体的自身质量进行了改进,为降低车体自身的质量采用了不锈钢材质车体,且在21世纪初正式进入了批量生产,不锈钢材质的轨道交通车辆车体主要是由底架、车顶、侧墙以及端墙四个部位组成,主要应用SUS30IL与SUS304L两种不锈钢材质,在底架的关键部位则一般选用低合金高强钢以及耐候结构钢,不锈钢车体焊接的工艺主要采用电阻电焊、MIG电弧焊以及电铆焊等焊接工艺。不锈钢车体的侧墙、车顶以及底架等大部分部件都是采用电焊的方式进行,一节车体的焊点能够达到7000-8000个之多,且大部分的焊点都是通过手工校点来进行焊接,这样的一种焊接方式大大降低生产效率,增加了焊接工艺的生产成本。同时焊接工艺的通用性一般较差,进而导致在焊接前需要先进行大量的接头工艺试验,对接头的力学性能以及焊接过程中需要的相关参数进行测试。不锈钢材质车体不需要再进行表面涂装,因此提升了外观质量的生存要求,而传统的焊接工艺造成的焊点较多,焊点留下的压痕不仅会影响车体的整体外观水平,同时也会影响车体强度的检测。轨道交通车辆的车体如果采用传统工艺进行焊接,其密封性一般较低,虽然能够满足城轨车辆的要求,但并不适合在现代高速列车中进行生产。
  2不锈钢车体MIG焊的发展
  2.1MAG焊的特点
  MAG焊相比与传统的焊接工艺,在焊接过程中会将少量的氧化性气体加入到氩气中,这部分氧化性气体可以是氧气或二氧化碳,也可以是其它的混合,这部分氧化性气体与氩气结合形成一种新型保护焊,一般保护焊气体的组成是由80%Ar与20%CO2进行混合,从比例中可以发现,氩气的比例非常大,因此这种焊接方式也可以称为富氩混合气体保护焊。MAG焊具有电弧稳定、飞溅少等氩弧焊特点,同时有具有一定的氧化性,相比于纯氩弧焊工艺,MAG焊不容易出现表面张力过大、液体金属粘稠以及斑点漂移等问题,MAG焊在焊接过程中会因为氧化反应的热量,会进一步加深焊接融深,提升焊丝的融化系数,进而也就可以不容易出现氩氟焊中常出现的焊缝与成型不良等问题。MAG焊因为电弧稳定、飞溅少,因此形成的焊缝较为美观,且通过氧化反应能够大大减少焊接过程中产生的裂纹以及未焊透等现象。因此MAG焊在焊接结构制造中得到了广泛的应用,特别是对于中厚板以及重要构件的焊接具有良好的焊接效果。
  2.2我国不锈钢车体MAG电弧焊的应用
  欧洲标准的不锈钢客车车体骨架的生产主要采用MAG电弧焊方式,制造难度极大,车体采用薄壁筒形整体承载全焊接不锈钢结构,骨架采用1.5-2mm不锈钢薄板,车体主结构材料采用高强度超低碳奥氏体不锈钢和奥氏体铁素体双相不锈钢,即要控制板的厚度,减轻重量达到环保节能的要求,又要防止焊后变形,保证安全稳定性。这是该领域公认的焊接难题。我国王天勇先生是研�l试制该项目的高级专家之一。   该项目主要有以下难点:(1)薄板造成桡度难以控制;(2)无涂装车体的特性使得墙板原材料外漏,焊接缺陷一览无余;(3)车体断面尺寸精度影响到各部件安装的精度及稳定性。
  在研发过程中,王天勇先生建立了拓扑基准的数学模型,提出车体焊接反变形概念,精确地计算出反变形值区间。通过预制挠度、优化骨架焊接强度和工艺参数等措施,使得车体相关尺寸得到有效控制,达到了设计及工艺要求。王天勇先生攻克的难题为中国轨道交通行业至少可以创造200亿元人民币的产值,减少的不良品损耗超过10亿元人民币。他的二次骨架平衡稳定系统因此获得了国家专利,填补了该领域的空白,目前已广泛应用于城市轨道交通项目中。
  3轨道交通焊接工艺的发展趋势
  随着社会经济的不断发展,对于轨道交通的各方面要求会越来越高,因此对于轨道交通中的焊接工艺要求也会相应提高。针对传统轨道焊接工艺中存在的问题,激光焊是一种新型的焊接工艺,是通过高功率的聚焦激光束作为热源,通过偏光镜反射激光产生光束,进而通过聚焦装置将光束聚集起来产生高能量的光束,最后通过工件溶化产生的物理变化而完成焊接。激光焊接工艺的焊缝是连续线,能够有效保证车体结构的密封性,能够应用于现代高速列车的车体焊接生产。
  等离子弧焊同样是未来的一种新型焊接工艺,这种焊接工艺主要采用离子弧作为热源。等离子弧焊工作中,其它被电弧加热而出现分解,在高速通过水冷嘴是产生压缩,增加能量的密度与离解度,进而增加等离子弧。等离子弧焊的能够一次性获得良好的稳定焊缝,其微束等离子弧对于焊接厚度在1mm以下的不锈钢薄板,能够有效的降低薄板焊接变形。
  4结语
  现代�道交通的焊接工艺需要具备高效、节能以及优质等特点,同时需要逐渐具备自动化、智能化控制特征。随着我国轨道交通行业的不断发展,各种新型车体材料以及焊接材料的出现,我国的轨道交通焊接工艺要想更上发展的步伐,需要不断改进焊接工艺方法,提升焊接质量与生产率,进而提升轨道交通焊接工艺的制造价值,促进我国轨道交通行业的发展。
  参考文献
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  [2]余鹏,肖双平.焊接技术在汽车制造中的应用和研究[J].山东工业技术,2016,(13):20.
  [3]丁雪萍,李桓,杨立军等.激光+双丝脉冲MAG复合焊的焊接稳定性[J].机械工程学报,2012,(22):5256.
  [4]高强度铝合金材料在轨道交通行业应用概述[J].机车车辆工艺,2015,(05):5556.

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