城轨铝合金车体侧墙搅拌摩擦焊技术研究

朱晓贺李克纯

摘要：随着我国经济的发展，开阔了各个行业的前景，我国搅拌摩擦焊技术还不够成熟，具备非常大的潜力，我国需要对搅拌摩擦焊技术进行特殊的研究和分析，注重搅拌摩擦焊在城轨铝合金车体侧墙的应用，有关部门需要加大资金的投入，探索搅拌摩擦焊技术的特点，使之成功运用到城市轨道车辆，促进城轨车辆制造业的发展，从而进一步促进我国经济的发展。

关键词：城轨铝合金侧墙搅拌摩擦悍技术

一、搅拌摩擦焊技术和城轨铝合金车体侧墙相关研究

搅拌摩擦焊技术的基本原理简介：搅拌摩擦焊(FSW)所用的搅拌头通常伴随着搅拌针，在焊接时搅拌针主要是被压入到被焊接对象中，在焊接过程中，旋转着的搅拌头会与被焊接对象摩擦生热，加热工件使其到塑性状态，搅拌头带动塑化了的工件移动。

搅拌摩擦焊技术的优势特点：首先、与之前的焊接方法如电弧焊接等相比，搅拌摩擦焊技术焊接后的接头性能更佳，尤其是铝合金材料的接头，铝合金具有成本低、强度高、密度低等特点，更适合轻量化的要求，但铝合金的熔点较低，焊接时容易出现未熔合等问题，会致使焊接变形，影响应用。其次、搅拌摩擦焊技术由于焊接过程不需要使用焊接丝和保护气体，无粉尘污染，较为环保，给工作人员提供了更加洁净的工作环境。最后、搅拌摩擦焊技术在焊接时并没有使工件融化，仅仅是通过摩擦作用使其塑化，因而工件焊接后变形程度不高，并且采取适当的措施后几乎不变形。与传统的焊接技术相比，搅拌摩擦焊技术大大节省了工作成本。

城轨铝合金车体侧墙的基本结构：城轨铝合金车体是由底架、顶盖、和墙体组成，墙体又分为侧墙和端墙。其中侧墙起着至关重要的作用，主要连接底架与顶盖，并且侧墙表面的光滑度也会对车体的美观以及以后的制作有一定的影响，侧墙一般情况下都是有铝合金型材拼焊形成，大致5~8块，需要在焊接完成后进行窗户部位和两侧门立柱安装部位的加工。

二、搅拌摩擦焊技术在城轨铝合金车体侧墙中的应用可行性

搅拌摩擦焊技术能够有效地降低工件的变形程度，提高了制造的质量水平，同时焊接后的强度较高。相对于其它焊接技术来说，不需要焊接丝和保护气体，对周围环境的要求相对较低。除此之外，搅拌摩擦焊技术更佳绿色环保，无粉尘产生，不会对操作人员的身体健康造成危害，符合我国绿色环保的要求，无形中降低了企业成本，具有良好的应用可行性。

三、搅拌摩擦焊技术在城轨铝合金车体侧墙中的应用过程

3.1选择搅拌摩擦焊所用的搅拌头

搅拌头在搅拌摩擦焊技术的焊接过程中起着至关重要的作用，在焊接时，旋转搅拌头使其与被焊接对象摩擦生热，被焊接对象塑化，同时搅拌头对于焊接裂缝的成型以及焊接后工件的最终整体性能都有很大的影响。另外，搅拌头属于消耗较大的部分，占据了很大一部分焊接成本，一般情况下焊接头的选用对搅拌摩擦焊技术的使用影响巨大，在旋转进给过程中，由于旋转速度较大，对于搅拌头的高温耐磨性要求高，当前使用较多的搅拌头大多是由高碳钢、工具钢等材料制成。

3.2设计车体侧墙使用的搅拌摩擦焊接头的应用

在城轨铝合金车体侧墙的实际焊接过程中，除了搅拌头的性能，搅拌摩擦焊接头的优化是焊接生产中很关键的一环，接头的结构及尺寸对接头性能以及列车整体安全性能起到了关键作用。并且通过试焊可以发现，搅拌摩擦焊接头的存在比母材表面减薄量要低，这是由于在焊接时中搅拌头压入焊缝区域挤压母材使塑性材料溢出，在焊缝两侧造成飞边，使表面塌陷。该现象减小了焊缝的实际有效承载面积，从而降低了接头承载能力。

3.2车体侧墙搅拌摩擦焊转速n与进给速度v的选择

侧墙的材料一般为A6N01S-T5空心铝合金型材，在搅拌摩擦焊接过程中，旋转速度n=1000r/min时，不同的n/v比值对抗拉强度的影响。如下图可知，随着n/v值增加，强度和塑性都增加，最大抗拉强度达到310MPa，与母材实测值相同；伸长率为17%，是母材实测值的63%。在达到最大强度值后，继续增加n/v数值，强度和塑性下降。

车体侧墙凸台接头的应用。在确定了车体侧墙凸台尺寸后，需要采用不同长度的搅拌针及其它参数进行多次实验，对焊接后整体效果尤其是焊接裂缝进行查看。由于摩擦焊搅拌头存在一定倾斜度，会导致在焊接裂缝两侧出现飞边，减小了一定的承载面积，因此在焊接头和搅拌头之间可以加入凸台接头。

四、搅拌摩擦焊技术在城轨铝合金车体侧墙中的应用前景

4.1经济效益的应用前景

搅拌摩擦焊技术是一种新型的焊接技术，具有经济效益的应用前景，搅拌摩擦焊技术在环保方面解决传统焊接的弊端，同时，搅拌摩擦焊技术给工作人员操作提供保障，比传统焊接使用成本低廉，而且高度自动化还给操作人员提供了便利，焊接过程不需要焊接丝和保护气，焊接城轨铝合金车体时，变形程度低，打磨时间较少，大大提高了经济效益，使搅拌摩擦焊技术不断发展和创新。

4.2社会效益的应用前景

搅拌摩擦焊技术以绿色环保为主要的特色，打破传统焊接的思想禁锢，无粉尘产生，减少了环境污染，使操作人员有了更好的工作环境，从而身体健康得到保障，比较符合我国目前绿色环保的倡议，具有良好的社会效益，对城规制造业发展有重大影响。

4.3市场竞争力的应用前景

搅拌摩擦焊技术具备现代社会所需要的绿色环保特点，顺应了时代发展的潮流。再者，搅拌磨檫焊技术高度自动化，便利操作人员，从根本上提高城轨车的质量，使其在轨道车辆制造业中的竞争力大大加强，促进城轨制造业的发展，促进我国经济的发展。

五、结束语

我国搅拌摩擦焊技术已经逐渐发展成熟，但是还有很大发展潜力，随着时代的变化，搅拌摩擦焊技术应用到人们生活的各个方面，搅拌摩擦焊技术打破传统焊接受到的困境，在安全性和质量方面都提供保障，质量是各个行业都需注重的前提。目前，各个行业都具有很大的前景，安全和质量理念深入人心，搅拌摩擦焊技术作为一种新型的焊接模式，对城轨车辆制造业至关重要，促进城轨制造业的发展，从而便利人们日常出行，促进我国经济的发展。

参考文献

[1]付宁宁.铝合金车体侧墙搅拌摩擦焊工业化生产应用研究[J].金属加工（热加工），2016（16）.

[2]刘杰.双轴肩搅拌摩擦焊技术在铝合金车体制造中的应用发展[J].焊接，2015（01）.