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激光焊接技术在城市地铁建设中的应用

随着中国经济的腾飞,人民生活水平的不断提高,生活节奏也在不断加快,高效的出行方式越来越受到人们的重视。在城市交通中扮演重要角色之一就是城市轨道交通,一个城市的经济发展程度往往能够从这个城市的轨道交通中体现,而地铁是作为城市轨道交通中最重要的组成部分。自1971年1月我国第一条地铁北京地铁开始试运营以来,中国天津、香港、上海、广州、重庆、武汉、深圳等20多个城市开始陆陆续续建设地铁,截止2016年为止,中国已经有28个城市建成地铁并投入使用,因为地铁的舒适、快捷和便利,如今已成为人们出行的重要交通工具。

激光焊接在不锈钢车体中的应用

由于工业技术的不断进步,对于地铁的提速要求不断增高,地铁必须要经过不断的升级,才能实现城市发展建设的需求。现如今,对于地铁的要求很高,客车的车体结构一定要牢固,必须要有高强度的抗撞击能力、高强的抗腐蚀性能及防火性能。2016年7月媒体报道,中国制造出口的26辆地铁列车因车身轻微裂纹被新加坡退回原厂更换,尽管没有出现安全问题,但可见各国对安全保障要求非常严格。不锈钢材料因其较好的撞击吸能特性、轻量化、高防腐性和制造工艺简单等特点,已成为重要的客车应用之一。

激光焊接具有时间短、费用低、效率高、熔焊深度大、产生的焊接热少、焊缝强度高、宽度小等优势,特别适合应用在不锈钢车体的焊接。不锈钢机车车身焊接指的是机车的不锈钢蒙皮与内部骨架由内向外用激光焊接起来。与传统焊接不同,它不允许蒙皮外表面看到焊接痕迹和热变形,对外表美观度要求很高,好似“无疤缝合”。这种激光焊接方法在欧美日等发达国家机车制造中被普遍采用,成为新型高端机车制造的重要技术之一。以往不锈钢城轨客车的车体一直采用电阻点焊结构,该种结构外观水平不高、密封性差,且由于焊点较多,外板结构常出现面外变形等缺陷。不锈钢车体与普通的碳钢相比,热膨胀的几率很大,并且导线的系数很小,在焊接的时候,焊接的时间一定要把握好,如果时间过长会产生很大残余应力。采用激光搭接焊取代电阻点焊具有车体结构无焊接痕迹、外观变形小、密封性好、接头剪切拉伸强度和疲劳强度高等优势。

激光-电弧复合热源焊接综合了激光和电弧各自的优点,具有激光焊接的高速度、高效率、低热输入和电弧焊接良好的桥联性和填充金属熔敷效率高的特性。近年来,铝合金激光-电弧复合热源焊接的研究异常活跃,并开始走向工业应用,如大众汽车公司已将激光-电弧复合热源焊接技术应用于Phaeton轿车铝合金车门和奥迪A8铝合金轿车侧顶梁的焊接。

激光在轨道车辆制造的其他应用案例

激光技术作为二十世纪与原子能、半导体及计算机齐名的四项重大发明之一,凭借其加工速度快、高效率、无噪音、无污染,属于绿色制造技术等优点,已广泛应用于各行各业。早在2012年,北京地铁14号线试运营时,其列车车身全部不喷涂,通体都是材料本身的金属色,只有车头为了装饰喷涂了红色。据悉,以往的地铁车身由碳钢制造,这种材料每3至5年要喷涂一次,否则容易生锈,影响车辆寿命。北京14号线的列车车厢制造采用了由北工大参与研究、创新的激光焊接不锈钢技术,这一技术使得车体材料可以从以往的碳钢换为更加抗氧化的不锈钢。因此14号线的车体无需喷涂料,便可直接投入使用,不仅节省了喷涂的费用,也更加环保。

2016年12月21日,青岛市地铁11号线在中车青岛四方机车车辆股份有限公司正式下线。该车设计最高运行时速达120公里,是目前国内速度最快的地铁列车。此次列车车体使用了国内激光企业与意大利El.En集团联合研发的不锈钢机车激光焊接系统,据了解,该系统主体部分包括直角坐标龙门框架移动机器人、6000W CO2激光器、工作平台及滚轮压紧装置,分为龙门停泊区、激光焊接区,激光焊接区又分4个工作区,它能一次性完成一节车厢的焊接。采用这种新型的激光焊接技术,不仅提高了不锈钢车体结构的密闭性和整体强度,而且使车体更加光滑平整,外表更美观。

青岛市地铁11号线

激光焊接技术在轨道客车中的应用趋势

激光焊接技术在城轨客车中的应用十分广泛,在欧美发达国家,很多城轨客车的零部件都是采用激光焊接技术完成的。比如利用激光焊接技术对面板进行焊接,最后再进行冲压,使得车身面板结构的轻度更大;同时,在地铁的侧门引用激光焊接技术,有利于提高焊接的精准度和效率,并且能够保持车身的美观。另外,许多发达国家在磁悬浮列车、城市轻轨客车以及各种高速列车的制造过程中都应用到了激光焊接技术,并且都取得了很大的效果。

随着社会的不断进步,地铁会逐渐覆盖更多的城市,激光焊接技术会成为城轨客车车体的不锈钢应用的主要发展方向,同时对于激光焊接技术的要求也会提高,所以加强激光焊接工作的研究是很有必要的。

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