激光加工技術(shù)在城市軌道車輛制造中的應(yīng)用

方斌 吳寶強

摘 要：在科技迅猛發(fā)展的今天，各種高新科技出現(xiàn)在我們的日常生活中。其中最常見也是應(yīng)用最廣泛的一種技術(shù)就是激光加工技術(shù)，它被運用于各個制造行業(yè)，尤其是軌道車輛的加工與制造中。它是利用激光束來對車體進行切割、焊接、檢測，從而將這項技術(shù)運用于城市軌道車輛制造中，但也隨著人們對軌道車輛速度、車體穩(wěn)度、環(huán)境質(zhì)量等方面的要求越來越高，激光加工這一當代先進技術(shù)也面臨著各種各樣的可能與挑戰(zhàn)，該文就對它在城市軌道車輛制造中的具體應(yīng)用進行簡單地闡述。

關(guān)鍵詞：激光加工技術(shù);城市;軌道車輛;制造

中圖分類號：U270.6? ? ? 文獻標志碼：A

1 軌道車輛制造工藝流程

當今社會出行最重要的一種交通運輸工具就是軌道車輛，它支撐著現(xiàn)代城市交通行業(yè)的整體發(fā)展。高鐵、動車、地鐵、輕軌成為人們出行或旅游首選乃至必選的交通工具。它們都有一個共同的特點，就是速度比一般汽車快，車身又特別穩(wěn)，轉(zhuǎn)彎基本不會感覺到有明顯的晃動，在高鐵上放一杯水，無論跑多遠的車程，都不會撒出一滴水。因此它的工藝技術(shù)與質(zhì)量要求也直接反映了我國的軌道運輸事業(yè)的發(fā)展，因此對軌道車輛的質(zhì)量與制造工藝非常重視，也有著高標準的剛性要求。車體和車輛轉(zhuǎn)向架的制造是軌道車輛制造過程中最重要的組成部分，在制造過程中也是對這兩方面有著嚴格的技術(shù)要求與質(zhì)量把控。它的制造工藝流程就是先下料，然后對原材料進行一系列的加工，從而生成各種零件，然后再對這些零件進行切割、焊接、拼接，最后組裝成件等。在整個工藝流程中最重要的也就2點：對零件進行切割和焊接。以前采用的是傳統(tǒng)的切割和焊接工藝，主要是針對金屬和非金屬材質(zhì)，傳統(tǒng)工藝不但不能滿足現(xiàn)在的新型材料，而且在精密度和時間上也不能保證，因此已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代軌道車輛制造的要求。面對這種現(xiàn)狀，激光加工技術(shù)的出現(xiàn)正好攻克了這些缺點，而被人們廣泛地應(yīng)用于制造過程中的切割和焊接等工藝流程中。

2 目前激光加工技術(shù)在軌道車輛中的具體應(yīng)用

激光加工技術(shù)是一門利用激光束與物質(zhì)兩者之間相互作用的一門技術(shù)，對物質(zhì)進行相應(yīng)規(guī)格大小的切割、焊接及對表面加工等。它利用切割效率高、熱影響區(qū)域小等優(yōu)點，在軌道車輛制造行業(yè)中的具體應(yīng)用如下：

首先，第一步就是下料環(huán)節(jié)。軌道車輛制造的過程中第一步就是備料環(huán)節(jié)，在這一環(huán)節(jié)中，要對物料進行加工，最重要的步驟就是對物料進行相應(yīng)的切割，利用激光加工技術(shù)在這一步中發(fā)揮作用，它在切割過程中能夠最大程度地減少在物料切割過程中的變形程度，也能最大程度的提高切割的精密度與準確度?，F(xiàn)階段最多的就是使用CO2激光器和光纖激光器對金屬、非金屬等進行二維平面切割下料，2種激光各有優(yōu)勢，在城市軌道車輛生產(chǎn)中起到了重要的作用。隨著城市軌道車輛整體性能提升，產(chǎn)品的質(zhì)量要求也越來越高，對三維激光切割的需求愈發(fā)顯著。三維激光切割明顯地提升了加工質(zhì)量和效率，在不銹鋼地鐵的生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，已經(jīng)實現(xiàn)批量生產(chǎn)。三維激光切割工藝柔性好，能適應(yīng)不同形狀工件的切割加工，尤其是異性斷面料件的切割，可以取代傳統(tǒng)制造工藝的修邊模和沖孔模。三維激光切割工藝具有步驟簡單、制造周期短、切割速度快、切縫寬度小等一系列優(yōu)點，但是也存在著編程周期長、定位工裝多等缺點，需要在后續(xù)應(yīng)用中進行優(yōu)化。

其次，第二步就是利用激光加工技術(shù)對切割之后的零件及物料進行焊接。經(jīng)過第一步的切割之后，再通過雙件組焊、多件組焊對車身進行一系列的拼接組裝，最后組裝成完整的車身。目前市場上的車身大多采用的是不銹鋼等材料，普通焊接技術(shù)由于焊接過程中不耐熱而導(dǎo)致車身產(chǎn)生不同程度的變形，最后導(dǎo)致車體質(zhì)量、外觀以及車輛行駛過程中的安全等問題。激光焊接技術(shù)利用激光束方法，采用激光焊接專機的方式，使用CO2激光器，通過相應(yīng)的輔助裝置實現(xiàn)了整個焊接拼接過程，克服了傳統(tǒng)焊接技術(shù)帶來的弊端，焊接效率高，最重要的是焊接變形很小，大大提高了車身的整體外觀與質(zhì)量。中國中車（CRRC）在波士頓項目競標中脫穎而出，原因就是其激光焊接技術(shù)在城市交通軌道制造工藝上有著較高的水準，在國內(nèi)軌道交通行業(yè)中具有領(lǐng)頭羊的地位。

最后，激光加工技術(shù)也運用于當今各種新型的材料中。隨著國家的富強及科技的進步，人們生活質(zhì)量不斷提高，隨之而來的環(huán)境生態(tài)問題、材料安全問題等關(guān)注度也越來越高，新型環(huán)保高分子材料的發(fā)現(xiàn)也被運用到各個制造行業(yè)中。例如，我們平時常常聽到的鈦合金材料，它不是單一物質(zhì)構(gòu)成的，它是在鈦的基礎(chǔ)上加入了其他合金元素從而組成的合金，它具有自身密度低、抗腐蝕性好、易焊接等優(yōu)點，被廣泛利用于航天等各個領(lǐng)域，目前發(fā)現(xiàn)鈦對人體也有有益的作用，因此這種新型材料也被運用到軌道車輛的制造材料中。目前各個制造商也紛紛加入鈦合金市場的大洪流中，但是面對這種新材料，傳統(tǒng)的高溫焊接技術(shù)又會導(dǎo)致其變形或者由于高溫產(chǎn)生其他有害物質(zhì)，而采用激光加工技術(shù)都能夠避免這些弊端，它的焊接速度不但得到了提高，還能低熱輸入而不至于使物體變形。

此外，激光加工技術(shù)還應(yīng)用于車輛制造過程中的其他方面，例如在質(zhì)量控制的體系中，利用激光加工技術(shù)引入微痕標識以及相應(yīng)條形碼及二維碼的管理系統(tǒng)。在車輛制造中的定位與追蹤裝置的制備過程中，采用激光掃描與定位系統(tǒng)，并由相關(guān)的制造商進行開發(fā)與生產(chǎn)。在運輸物料過程中使用的AGV小車也采用激光導(dǎo)向技術(shù)，并且在其他的物流系統(tǒng)中也被利用。激光檢測還可用于開發(fā)模具、制作樣車等，極大程度地降低了成本并提高了速度，降低錯誤率，提高了精密度與準確度，其實用性強，大大地提高了自動化程度。

3 激光加工技術(shù)存在的問題及發(fā)展前景

隨著激光技術(shù)的快速發(fā)展，軌道車輛制造業(yè)的要求越來越嚴格，激光技術(shù)也面臨著越來越多的問題，高功率切割技術(shù)尚未成熟，精細加工技術(shù)還比較薄弱，而車輛制造行業(yè)中對高精密度愈高準確度的要求也越來越多，國內(nèi)大多激光技術(shù)都停留在實驗樣機狀態(tài)，好多技術(shù)還停滯在已有的研究基礎(chǔ)之上，對新技術(shù)新工藝的開發(fā)還未達到需求水平，很多實驗理論還很難應(yīng)用在商業(yè)中，目前市場上很少把激光技術(shù)應(yīng)用到機器人的技術(shù)中。因此，目前激光技術(shù)的發(fā)展還有很大的進步空間，就激光加工業(yè)與車輛制造行業(yè)而言，需要由專業(yè)團隊時行技術(shù)開發(fā)，大力推廣激光技術(shù)，學習歐美等國家的先進技術(shù)并做出相應(yīng)的改進，同時加大科研及生產(chǎn)基地對技術(shù)的同步研究，并利用機器人將激光加工技術(shù)大規(guī)模地應(yīng)用到城市軌道車輛的制造行業(yè)中，使激光加工技術(shù)在市場中快速地發(fā)展。

4 結(jié)語

科技是第一生產(chǎn)力，只有最大程度地發(fā)展科技才能最大程度地帶動生產(chǎn)力。激光加工技術(shù)就是科技的一個縮影，利用城市軌道交通這個優(yōu)勢，大規(guī)模地發(fā)展激光加工技術(shù)，將會為交通行業(yè)帶來廣闊的前景。面對激光加工技術(shù)面臨的機遇與挑戰(zhàn)，只有不斷創(chuàng)新，不斷努力，才能把握機遇，迎接挑戰(zhàn)。

參考文獻

[1]韓曉輝，張志毅，李剛卿.激光焊接技術(shù)在不銹鋼軌道客車制造中的應(yīng)用與展望[J].電焊機，2018，48（3）：1-8.

[2]光纖激光技術(shù)在軌道交通行業(yè)的應(yīng)用[J].金屬加工（冷加工），2016（S1）：1017-1019.

[3]王春生，劉慶祝.焊接技術(shù)在軌道客車制造行業(yè)的推廣應(yīng)用[J].焊接，2015（1）：1-6，70.

[4]王春生.軌道交通制造焊接市場需求和關(guān)鍵焊接技術(shù)[J].金屬加工（熱加工），2013（16）：22-27.