轨道车辆全生命周期数字化焊接体系现状及展望

轨道车辆全生命周期数字化焊接体系现状及展望

  王兆永  韩红波    管元浩

（中车青岛四方机车车辆股份有限公司  山东青岛   266000）

摘要：随着社会经济的迅速发展，人们的生活水平越来越高，对轨道车辆的安全、可靠、舒适和美观的要求也越来越高。作为一种新时期高科技的一体化设备，它所涉及的领域非常广泛，专业也非常广泛，它在很大程度上体现出了轨道交通系统的高科技综合能力。目前，世界上的轨道正处在高速发展时期，高速动车组、城际高速铁路、城轨车辆和磁悬浮列车已经成为我国主要的旅客运输工具。焊接工艺是轨道车辆生产过程中的一个重要环节，它直接关系到列车在高速运输过程中是否能够实现“零缺陷”、“零隐患”、“零风险”地安全运行，是保证列车安全生产的有力保证。

关键词：轨道车辆；全生命周期；焊接体现

1基于轨道车辆全生命周期数字化焊接特征

首先，数字化焊接技术可以实现焊缝自动、“一站式”作业，利用计算机技术精确地控制焊接工艺中的每个环节，大幅提升了焊接工作的效率。与传统的人工焊接方法相比，数字焊接技术的发展，减少了对操作者的经验、技能和视觉的依赖，提高了焊接的效率和效益。其次，采用数字化焊接技术可以获得良好的焊接性能。通过对焊接电压、电流、温度等参数的实时监控，实现了对焊接质量的保证。在此基础上，通过对焊接电流、电压、焊接速率等焊接工艺参数的精准控制，保证了焊接工艺的稳定性与一致性，提升了焊接精度，降低了焊接缺陷。数字化焊接技术的安全性也很高。在微机控制下，实现了自动焊接，减少了由于人为失误造成的安全隐患。同时，该方法还能利用大数据对焊接过程进行仿真，发现可能存在的安全隐患，从而提升焊接操作的安全性。最后，数字化焊接技术具有很高的环保性。通过对焊接工艺进行优化，实现了节能降耗、减少CO2等有害气体排放，且对环境影响较小。此外，该方法还可以达到节约能源、降低环境污染的目的。此外，数字焊接装置一般都具有良好的人机界面及作业系统，方便使用者学习。该装置具备良好的适应能力，可适应多种不同的焊接环境与要求，增强了焊接的便利性与适应性。

2轨道车辆数字化焊接全生命周期存在的问题

2.1焊接问题

目前的焊接质量系统还不能完全解决，尤其是在轨道车辆全生命周期内，如何保证焊接质量是一个不可忽视的难题。首先，在焊接工艺数据管理方面还不够完善。目前，很多轨道车辆生产企业仍然沿用传统的方法进行焊接数据管理，缺少全面、精细的管理方法。由于对焊接工艺参数、工艺及材料等信息的采集与整理不够全面，难以对焊接质量进行溯源与评价。另外，我国目前还没有一个统一的标准，导致各部门间信息交流与共享困难，这给焊接质量保证带来了很大的困难。其次，目前的焊接质量管理系统还没有对焊接过程中的异常状态进行及时、有效的监控与预警。在实际生产中，由于设备故障、材料缺陷、工艺参数偏离等原因，会产生许多意想不到的问题。但是，很多企业还没有建立健全的监控与预警体系，不能对其进行及时的检测和治理。这不但会提高产品的品质，也会影响到产品的生产计划与成本。

2.2数字化焊接专业人才的培养问题

数字化焊接技术在我国的推广与应用，需要大量的技术支持与人才储备。但是，目前我国轨道车辆建设中，数字化焊接专业人才的缺乏，已成为制约数字化焊接技术发展的“瓶颈”。数字化焊接技术是一门集计算机技术、自动化技术、焊接工艺知识于一体的技术，对操作人员的技能要求很高，同时也需要掌握计算机程序设计、自动控制等多学科的知识。这种类型的人才并不多见，尤其是像轨道这种高技术含量的行业。数字化焊接技术在我国轨道车辆制造行业中的应用刚刚开始，很多企业对该技术的认知程度还不高，从而造成了对该技术的重视与投资不足。这使得数字化焊接技术领域的人才紧缺问题更加严重。

2.3数字化焊接技术在我国的推广与应用

数字化焊接技术的普及与应用，在成本上的确是一个巨大的挑战。虽然数字化焊接在提升效率与质量上有着明显的优势，但是由于前期设备投入较高，后期维修费用较高，使得很多轨道车辆生产企业对此不敢轻易采用。首先，数字化焊接装备通常造价较高，如焊接机器人、高精度传感器、自动控制等，这些都要求企业在购置、安装过程中投入巨资。这种投资对那些小型或者资本不多的轨道运输公司而言，是一种很大的负担。其次，数字焊接工艺的后期维修费用是不可忽视的。在使用过程中，需要对设备进行定期的维修、更新。这就要求企业加大投资，保证设备在良好的工作条件下，保证焊接质量的稳定性。

3轨道车辆焊接新工艺的发展动向

3.1数字化焊接生产

在我国“智能制造2025”战略转型升级的背景下，在工业自动化、智能化、数字化等技术不断发展与普及的背景下，我国轨道车辆企业对交付周期短、成本低、质量高、低碳环保、节能环保等需求的需求也逐渐显现出来。近几年来，为了对市场与顾客的要求做出迅速的反应，公司建立了数字化的研究与开发机构，以自动化工程与网络为基础，以工艺设计、焊接工艺、自动控制、精密机械设计与制造为核心，通过实践探索，建立了世界上第一家轨道车辆转向架智能制造车间，填补了世界上在世界上应用的空白，在世界上首次将转向架全过程数字化，并应用到实际生产中。

3.2搅拌摩擦焊接工艺

FSW是一种以高速转动的搅拌头插入到焊缝缝隙内，利用搅拌头与焊缝间的摩擦热量，使得接头表面发生较强的塑性变形，随后，在搅拌头与工件的相对往复运动过程中，高塑性变形物质在搅拌头后部逐步堆积，最终形成FSW焊缝，搅拌摩擦焊接是一种新型的焊接方法。该焊接接头强度高，焊接缺陷率低，不需要焊接耗材，焊接变形小，生产效率高，对周围环境无干扰。同时，该工艺没有飞溅，没有烟尘，没有电弧，提高了工作场所的环境质量，保障了工人的健康，并采用的绿色环保新工艺。

3.3激光焊接工艺

激光焊接是将高能激光束集中于接头表面，使其在运动时对接头进行高效率的焊接。根据其能量密度的不同，其热传递机理也不尽相同，可以将其划分为热导焊接和深熔焊接。与传统的不锈钢车身电阻焊接工艺相比，激光焊接的焊缝表面没有压痕，表面平整美观；较低的线能量，减少了焊接变形；具有高精度、高速度的连续焊接能力；具有良好的焊接质量和高速的焊接性能。采用激光焊接技术，可以有效地改善无涂层不锈钢车身的外观品质，促进轨道车辆产业化进程。在轨道车辆车身中，采用的是侧壁单元的焊接，平板的焊接，即薄板的无焊接，侧板的深熔焊接。

结束语：

综上所述，数字化焊接系统在我国有着广泛的应用前景，但还需要大家齐心协力，克服各种困难，促进其进一步发展与完善。我们相信，通过本项目的研究，最终形成一套具有自主知识产权的数字化焊接技术，为我国轨道车辆的安全、高效和可持续发展作出贡献。

参考文献：

[1]侯振国,钮旭晶. 轨道车辆全生命周期数字化焊接体系现状及展望 [J]. 电焊机, 2024, 54 (01): 12-17.

[2]张志毅, 轨道车辆转向架焊接工艺仿真与数字化协同制造技术应用. 山东省, 中车青岛四方机车车辆股份有限公司, 2022-01-17.

[3]梁红波,谢平华,王波. 轨道车辆先进焊接技术应用现状及发展趋势[C]// 湖南省株洲市石峰区人民政府,机械工业信息研究院（China Machinery Industry Information Institute）. “田心杯”轨道交通金属加工技术征文大赛论文集. 中车株洲电力机车有限公司;, 2019: 6.