軌道交通車體用鋁合金材料及其焊接技術摘要：在經濟快速發展的背景下，人們對汽車的需求也在逐漸提升，倒逼軌道交通車體行業的快速進步與發展。鋁合金是軌道交通車體輕量化發展的方向，已經成為軌道交通車體行業中廣泛使用的材料之一，鋁合金的使用可以有效降低軌道交通車體的整體車身質量、減少能源消耗，與我國節能、環保的發展目標完全符合，并且合理利用焊接的新技術為汽車輕量化提供技術保障，對軌道交通車體行業的可持續發展具有重要意義。本文簡要概述了鋁合金特點，分析了鋁合金在軌道交通車體輕量化中的應用，并對鋁合金軌道交通車體焊接的新技術進行了研究。關鍵詞：軌道交通車體；鋁合金材料；焊接；技術引言為了減少能源消耗和提高運行速度，輕量化車體一直以來都是軌道交通車輛技術研發的方向，為此選用合適的材料對車體輕量化至關重要。鋁合金材料因密度小、強度適中、易成形等優點而成為新型軌道交通車輛車體用材料的首選。軌道交通車輛車體制造有焊接、鉚接、螺栓聯接等多種工藝，但應用最廣泛的還是焊接工藝。焊接作為軌道車輛車體制造過程的特殊工序，對車體產品的質量、生產效率及制造成本影響巨大。1鋁合金材料的應用鋁可加工成各種型材，具有優良的導電性、抗蝕性和導熱性，其產品已廣泛應用于印刷業、汽車制造業、建筑業、電子通訊業、石油化工業、能源動力、包裝容器、機械電器等行業。鋁及其合金材料的加工工藝有鑄造、沖壓、鍛造、擠壓以及深加工等。鋁的耐蝕性能很好，而且強度好。純鋁的抗拉強度是低碳鋼的五分之一，如果經過熱處理強化和合金化強化，其強度會大大增加。另外，鋁的加工性能好、上色容易且由于本身很輕，安裝就輕便很多。鋁的熔點低，易于再生。所以，從節能、環保、安全要求的等多方面考慮，鋁及鋁合金材料是很有鍛造價值的金屬材料?；谮w云寶等對鋁合金焊接技術的競爭形勢研究分析，現全球鋁合金焊接技術已經步入技術成熟期，當前鋁合金焊接技術的研究熱點集中于TIG焊接系統、激光焊接自動控制、攪拌摩擦焊接系統、多種材料的復合焊技術等焊接技術。2軌道交通車體用鋁合金及焊接材料2.1鋁合金材料軌道交通車體目前常用的材料有碳素鋼、不銹鋼和鋁合金三種，無論是從使用量，還是從應用產品的范圍來看，使用最廣的還是鋁合金材料。軌道交通車體用到的鋁合金以型材為主、板材為輔，少量部件使用了鍛件。目前，軌道交通車體主要應用的鋁合金為5系、6系和7系，按照ISO15608—2017材料組別分別為22組、23.1組及23.2組。相對而言，鋁型材使用最多的是6系鋁合金，且多為6005A和6082鋁合金。板材使用較多的為5083和6082鋁合金。鋁合金優良的擠壓性能為鋁型材的大量使用打下了良好的基礎，國內成熟穩定的擠壓制造能力又助推了鋁型材的應用。大型中空鋁型材的使用，簡化了車體的制造工藝。2.2焊接材料焊材的質量對鋁合金焊接質量至關重要。目前，軌道交通鋁合金焊接材料多為進口產品，特別是在高速度等級的動車組上，焊絲全部采用進口。國內軌道交通行業應用的主要鋁合金焊絲進口品牌有SAFRA、ESAB、MTL、MIG等品牌。近年來，隨著國產化焊絲制造技術的提高，國產鋁合金焊絲也表現出良好的力學性能和使用性能，并在地鐵車輛上開始成功應用。國內軌道交通車輛制造企業為促進國家焊接材料制造的發展，同時降低生產成本及進口供貨風險，正在大力推進國產化鋁焊絲的工程化應用。2.3激光焊激光在很多領域得到了非常廣泛的應用，尤其是在鋁合金焊接領域中。GenchenPeng等對35mm厚的5A06鋁合金在不同環境壓力下進行了一系列的圓盤激光焊接實驗，得出了激光焊接過程中環境壓力應限制在小于102Pa，使獲得高的焊接質量。激光焊焊接鋁及其合金時，特別是在熱處理過程，必須考慮缺陷存在的可能性，Viscusi等研究并探討了克服這些缺陷的可能性。激光焊與傳統焊接技術相比，具有很顯著的優勢，如變形小、熱影響范圍小、生產效率高、接頭損傷輕、熱輸入低等。3軌道交通車體鋁合金焊接技術及設備3.1焊接新技術隨著焊接技術的發展和機器人制造技術及自動化技術的提升，鋁合金焊接技術朝著高效、綠色方向發展，機器人雙絲焊接、攪拌摩擦焊、激光及激光復合焊等新技術在軌道交通鋁合金上的應用越來越廣泛。鋁合金車體雙絲雙弧焊接雙絲雙弧焊接與一般MIG焊類似，送絲機和焊槍都可用雙電源作雙絲共熔池雙弧焊或不共熔池的雙弧焊。兩個電弧可以并列、斜列和串列，并列和斜列能使電弧不正對接口，可減少焊接塌陷發生的可能性；串列能夠分散熱量，使狹長溫度場和雙峰熱循環可調范圍更大，提高焊接接頭性能。如果采用單電源供電，兩個導電嘴間不必絕緣；如果用雙絲雙弧單焊槍送焊絲共熔池焊接，則兩個導電嘴間必須絕緣，需要采用有一定延遲的同步雙電流焊接。3.2攪拌摩擦焊接技術攪拌摩擦焊接技術是英國研發的，其工作原理，將具有特殊性質的攪拌頭插進工件之上，使高速旋轉的攪拌頭與工件之間發生摩擦，并利用所產生的熱量對金屬進行熱塑性的過程，另外，在進行攪拌的過程中，前端受到壓力的作用從而向后端發生塑性流動，進而完成整個壓焊過程。使用攪拌摩擦焊接技術具有以下幾個有點：在進行焊接的過程中不會產生煙塵以及飛濺，并且整個操作中均不會出現有害光線，例如：紅外線、紫外線；焊接后不會發生變形，由于攪拌焊接的溫度較低，焊接以后的剩余應力遠小于熔化焊，加上在熱塑性的過程中也不會出現形變的過程，所以在焊接完成以后不會出現變形的情況；應用的范圍相對較廣，可以進行所有鋁合金材料的焊接，并且不受任何軸類部件的限制，可以進行多種形式的接頭焊接。3.3CMT焊接技術CMT焊接作為一種添加劑制造方法，已在交通車工業、國防部門和發電廠得到應用。CMT焊接技術具有熱輸人量小、電弧更穩定、焊接變形小、焊縫均勻一致等優點。但是因為熱輸入低，厚板不容易焊透，從而導致效率比較低。針對5083鋁合金中厚板拼板，研究如何運用雙絲CMT焊接技術來實現單面焊雙面成形，確定最佳過渡模式及工藝參數范圍。用CMT焊接方法進行鋼鋁薄板的搭接實驗，重點研究了焊接參數對焊縫宏觀形貌、力學性能等的影響，結果表明利用二氧化碳保護可以有效促進金屬間化合物的生成，使得焊接接頭的抗拉強度、塑性和硬度均有所提高。CMT焊在一定程度上優異于MIG焊。結語鋁合金材料的焊接技術在一定程度上會影響最后成品的結構、外觀甚至是其他關鍵性能，所以新興技術的出現使焊接質量、焊接性能不斷提高，極大了改善了傳統焊接技術的諸多不足，促進了鋁合金構建的制造水平。另外，鋁合金材料已經逐漸滲透于汽車行業中，其焊接質量的高低將直接影響車身的整體水平，也將威脅著乘客們的生命安全，所以對鋁合金材料的焊接要求也越來越高，選擇適合的焊接工藝也尤為重要。近年來，鋁合金材料的焊接方法和技術逐漸走向成熟，在不久的將來會更加深入制造業。反之，隨著科學技術的不斷革新，制造業的需求不斷提高，也必將促使鋁合金材料的焊接方法和技術不斷完善和發展，從而使焊接方法逐步向高效率、低成本、低能耗等方向發展，焊接過程也會向自動化、最優化方向進攻。不難預料，鋁及鋁合金工業的發展前景非?？捎^，而且現已經影響了我國的經濟水平且帶動了我國經濟的發展。參考文獻[1]攻堅克難技術創新技能傳承打造一流焊接技能