新型焊接智能装备技术 ,成功应用高速磁悬浮列车项目
2021-05-27 274 行业动态

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多年来,在航空航天、交通、深海装备领域,一些非标关键零部件需靠人工焊接。用中国中车集团有限公司相关专家的话来说,“这些关键零部件焊接技术精度高,如达不到要求,将会造成零件加工报废,或运行中发生事故。”

2月8日,科技日报记者从江苏无锡锡山经济开发区科技部门了解到,该区无锡汉神电气股份公司何晓阳科研团队,针对我国高端制造业加工的难题,通过开展产学研合作,成功研发出新型手持激光焊接机器人,已在中国中车新型高速磁悬浮列车项目上成功应用,既解决了焊缝美观无缺陷问题,也使得后期处理不易发生变形,探伤合格率100%。

在中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司党委书记、董事长王洪年看来,我国高速客车、高速重载货车和城市轨道交通的快速发展,已全面带动了从材料到制造装备工艺技术的创新,正在推动由“制造”向“智造”的快速升级。

高速轻量化,对焊接技术提出更高要求

近20多年来,我国铁路前后经过6次大面积提速,为经济发展注入了新动力,也为人们生活带来更多便捷。


记者从日前召开的中国国家铁路集团有限公司工作会议了解到,2021年,将高质量推进川藏铁路、西部陆海新通道、长江沿岸高铁、京津冀城际铁路网等一批重点工程建设,预计投产新线3700公里左右。

相关专家认为,发展高速客车、地铁客车、轻轨车以及高速重载货车,列车的轻量化是提高列车速度的优选条件。其中,铝合金具有质量轻、耐腐蚀、外观平整度好、容易制造复杂曲面、比强度高等优点,可以减轻自重减小运行中的阻力,降低能耗,增加载重,因此已在铁道运输业得到了大量应用。

“提速是一个系统工程,包括机车车辆的各个部分以及线路的改造升级,不仅要跑得快,还要跑得稳、停得住。尤其车体、转向架等作为高速列车上的重要组成部件,其质量影响着整个高速列车的安全。”中车戚墅堰所副总工程师、技术研发中心主任、首席技术专家王有虹说。

王有虹告诉记者,CRH380A高速动车组在京沪线上跑出了486.1公里的最高运营时速,刷新了世界高铁速度。事实上,如此高的转速,对齿轮本身的性能、齿轮间的啮合、箱体的密封可靠等,都提出了极大的挑战。

“目前,我国高速车体材料也由过去普通合金钢材料,发展到不锈钢、铝合金型材。” 无锡汉神电气股份公司何晓阳说,材料的变更,对焊接技术提出更高要求,自然也带动了加工技术的改进,激光焊接切割一体机的高新技术,也随之引进到铁道车辆的制造生产线中。

相关专家介绍,轨道机车车体的要求就是牢固、尺寸、度高、品质稳定、外观精致。其使用的金属材料要能满足车体的强度,且具有抗碰撞、耐用、防火,以及可再生使用性等。不锈钢车辆因其较好的撞击吸能特性、防火安全性、轻量化和维护成本低等特点,已成为重要的发展方向之一。

管不锈钢的焊接性能优良,但是不锈钢车体和普通碳钢车体相比,易产生热变形,因此,较低热输入、非接触型、能连续焊接的激光焊接是一种理想的焊接方法。
“高速运行的列车车体是高强度铝合金材料,目前依靠传统焊接设备已难以达到焊缝质量要求。”南京理工大学王克鸿教授说,而采用我国自主研发的手持激光焊接机器人,相较传统手工氩弧焊工艺,激光焊接速度更快,激光通过电磁场时光束不会偏移,能在真空以及特定气体环境中施焊,精准定位,可应用于大批量自动化生产的小微工件的组焊,实现自动化高速焊接。

产学研联合,让激光焊接装备替代进口

无锡汉神电气股份公司副总经理刘海军告诉记者,激光焊接技术属于精密制造的一种先进工艺。在国际上一些发达国家,很早就在航空航天、船舶制造、轨道车辆制造、钣金加工、汽车制造等行业上应用。之前,国内激光焊接技术一直还处于实验室阶段,投入使用的少量激光焊接设备,也主要依靠进口,价格昂贵。


“我们为打破激光焊接设备的技术壁垒,促进国内精密制造发展,从2008年起,就与科研院校合作,联合开发高功率激光焊接装备,起初主要针对船舶等特殊领域的应用需求,开发新型焊接设备。近10年来,我们以智能化理念 ,集中科研力量,瞄准轨道车辆进行激光焊接工艺及激光焊接智能设备研发,攻克了从材料到技术、工艺等多方面关键技术难题,终于研发成功,替代了进口。”何晓阳说。

相关专家介绍,目前,新型手持激光焊接机器人是一种比较先进的一种连接技术,和传统焊接方法相比,其焊接技术的优点、优势非常明显:焊接速度快,表面成型美观;激光聚焦后,功率密度高;焊缝深度大,且焊缝强度高;既能在室温或特殊条件下进行焊接,还可焊接难熔的钛、石英等材料,有效提高了焊接精度和效率。

“这种新型手持激光焊接机器人,是我国拥有自主知识产权的新型焊接智能装备技术之一。在实际使用中,可进行微型焊接。”王克鸿说, 激光束经聚焦后可获得很小的光斑,且能精确定位,今后将可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。

但在相关专家看来,目前,尽管我国在激光焊接领域已取得了新突破,但应用领域仍比较狭窄,要实现多领域大规模应用,亟待通过深化协同创新,在更高功率的激光器光源稳定性上,以及焊接工艺及材料、焊接工艺对设备要求及焊接过程参数监测和控制技术等方面进行研究,提升全省激光焊接产业的核心竞争力。同时,要加快制定相关国家标准和出台鼓励焊接设备采购国产化的政策,更好地推动激光焊接产业的创新发展,为建设航空航天、交通、海洋强国,提供重要的装备技术支撑。

来源:科技日报