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軌道車輛製造激光技術的應用

發布時間:2017/9/5     信息來源:http://www.mediaworksasia.com   作者:激光切割機    0

激光加工技術是軌道客車製造行業中近些年最重要的製造技術方法,對軌道客車工藝水平的提升起著極大的推動作用。而中國軌道客車產業的飛速發展,也為激光加工提供了巨大的潛在應用市場,激光切割下料和焊接等技術的應用也將軌道車輛製造技術推向了新時代。

一、概述

激光加工技術發展帶動了軌道客車製造水平的進步,同時軌道車輛高速和輕量化的要求也不斷給激光加工技術提供了新的課題和研究方向,帶動了產品結構的進步,應該說沒有現代化激光加工技術的應用,也不能有現代化多品種、多係列的高速及城市軌道客車的迅猛發展。

二、軌道車輛製造中激光加工技術應用現狀

1.激光切割技術

激光切割作為一種柔性加工技術,具有高精度、高效率、熱變形小和適應性強等優點,目前國內外的軌道車輛製造廠家普遍采用激光加工技術進行不鏽鋼、碳鋼、鋁合金等金屬板料的加工。加工的產品主要有車體、轉向架、內裝部位的金屬板材零件,多數為二維平麵切割,通過激光切割加工出零件的外形輪廓和孔,獲得較高的精度和切割斷麵質量。激光加工采用的主要設備為各種規格的激光切割機,各廠家根據產能的不同,擁有多台激光切割機。一般情況下,碳鋼和不鏽鋼板普遍采用CO2激光切割機或固體激光切割機;鋁合金板采用固態激光切割機;對於10~20mm厚的碳鋼板材,普遍采用CO2激光切割機,可以達到較高的切割速度和良好的斷麵切割質量。

由於激光加工技術的應用,實現了柔性加工,取代了大量的衝壓模具,縮短了衝壓生產的準備周期,節約了大量模具成本,因此激光切割已經成為國內外軌道車輛製造業中金屬板材下料的主要手段,如圖1、圖2所示。

 

評價激光切割的精度主要有三類指標:①切割斷麵指標:主要有斷麵粗糙度、切割斜度、掛渣及熱變形等。②幾何公差指標:主要有孔圓度、位置度、重複精度及尺寸誤差等。③氧化層和熱影響區等。參照國家標準:GB/Z18462—2001激光加工機械—金屬切割的性能規範與標準檢查程序。

實際生產中影響激光切割精度的原因有很多,如設備精度、切割參數、氣體純度、材料種類、厚度及環境因素等。選用設備時要根據設備製造商提供的精度測試數據和曲線來衡量設備能夠達到的精度。一般情況下,激光切割的光束定位精度為±0.03mm;切割麵粗糙度Ra=12.5μm左右;實際切割的誤差為0.1~0.3mm。

2.激光焊接

激光焊接作為一種高能束焊接方法,因其具有焊接接頭質量穩定、焊接速度快、焊接變形小等特點,已得到廣泛應用。在軌道車輛方麵,近些年主要是碳鋼和不鏽鋼車體鋼結構表麵外板的拚接焊,其優點是焊接效率高,焊接變形很小,提升了車輛鋼結構外表的整體平整度和外觀質量。主要是采用激光焊接專機或焊接機器人的方式,激光發生器采用CO2激光器或固態激光發生器,通過相應的控製方式和輔助裝置實現鋼板的對接拚焊,如圖3、圖4所示。

 

不鏽鋼激光半熔透疊焊技術目前在軌道客車車體上開始了推廣應用,其主要目的是代替軌道車輛外板與骨架的電阻點焊。由於傳統的電阻焊工藝,表麵焊點不可避免的存在一定凸痕,另外,點焊結構車體密封性差,還不能廣泛應用高速動車組車體產品。采用半熔透疊焊技術可實現焊後下板外表麵無焊接變形、變色的目標,製造出外形美觀、不塗裝的不鏽鋼車體產品,而且通過激光焊接工藝,車輛的靜強度和疲勞強度提高、車體質量減輕、密封性好,使采用不鏽鋼車體的高速動車組成為可行。薄板不鏽鋼車體激光焊技術可被應用到高速動車組和城軌車製造中,大大提升產品的檔次,增強企業的市場競爭力,市場前景非常樂觀,如圖5、圖6所示。

 

三、軌道車輛製造中激光加工技術發展趨勢

1.激光切割技術

三維激光切割技術剛剛在國內軌道車輛製造業進行應用,主要進行各種三維衝壓件的切割、割孔,一般配置機械手、光纖激光、交換工作台、閉路實時監控顯示、封閉切割間、除塵及編程係統。能夠實現各種三維工件進行三維切割、割孔;配置的交換工作台可進行工件交換切割,提高效率;離線和示教編程,提高切割精度;實現安全環保。該設備在生產中的應用,解決了各種複雜工件的三維切割,代替落後的無齒具、手工等離子切割工藝,不僅提高產品質量,而且解決了環境汙染問題,如圖7所示。

 

另外,伴隨著激光切割技術的不斷發展和廣泛應用,激光加工技術在軌道車輛製造中將呈現以下發展趨勢:

(1)激光切割設備的大型化對大長件的加工,尤其是組成部件後進行激光切割,將提高大型工件加工能力和質量。

(2)激光切割設備的專用化針對碳鋼、不鏽鋼、鋁合金材料,尤其是不同厚度的材料選用不同的切割設備;例如鋁合金切割采用合適功率的光纖激光,減少反射對設備危害,提高質量;厚碳鋼板采用CO2激光切割,提高速度和斷麵質量;薄板采用效率高、成本低的光纖激光切割。

(3)激光切割技術的進一步創新和提高隨著需求的多元化對激光切割技術提出更高要求,勢必促進激光切割技術的革命,更先進的技術和設備將應運而生。同時激光切割技術的廣泛應用,也將為激光切割技術的創新和改進提供有效的數據和經驗。總之,切割質量進一步提高將是永無止境的目標。

2.激光焊接

激光-電弧複合焊是近年來開發的一種高能束焊接方法,通過激光和電弧同時向焊接區輸入能量,同時作用於焊縫區,充分發揮各自的優勢,形成了一種新的高效焊接熱源。目前,激光-電弧複合焊接技術已經在汽車、船舶、航天航空、石油管道等方麵得到了實際應用;激光-MIG複合焊具有比激光焊和電弧焊熔深大,焊接速度快、焊縫成形比激光焊好、熱輸入熱輸入小,焊接變形小,焊接強度損失小、對接頭間隙不敏感等優點。該技術在國內軌道車輛行業還沒有實際應用案例,隻進行了相關的工藝試驗開發並取得一定的成果,如圖8所示。

 

在激光-電弧複合熱源焊接過程中,激光與電弧的相互作用,提高了激光、電弧能量的利用率,焊縫深寬比大,在獲得相同焊接熔深的條件下,複合熱源焊接速度顯著的提高;同時複合焊接熱輸入減小,焊縫熱影響區小,焊後變形隨之減小,特別在大厚板的焊接中,由於複合焊接道數減少,焊後矯形的工作量也相應減少。因此,激光-電弧複合焊接技術在車輛焊接上具有推廣潛力和良好的發展前景。

四、結語

隨著軌道交通裝備製造輕量化、製造高效化的發展,以及激光技術的進步,激光切割及激光焊接技術作為一種先進、高效的加工技術,將會在軌道交通裝備製造行業中得到較快的應用發展。

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