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摘要：经济的发展，促进高铁行业的不断进步。高铁行业是增强我国经济基础的重要支撑，在高铁行业能源和资源消耗中占很大比例。据统计，每年高铁质量都会降低9%的燃油消耗，严重影响了实现高铁轻量化的目标。材料轻量化是高铁轻量化经常采用的一种工艺技术，这对高铁动车组材料的要求较高，尤其在金属材料轻量化的研究上，需要以高强度钢为主，通过增加材料的厚度和强度降低材料用量，从而实现材料性能达到轻量化的目的。本文就焊接设备与金属材料的需求特点展开探讨。
关键词：金属材料；焊接设备；监测功能；材料轻量化
引言
自动焊接设备是工艺施工通常采用的自动化设备，可以有效提高材料轻量的效率和生产质量。但在焊接设备与金属材料的使用上，会影响材料轻量化的质量，进而分析焊接设备与金属材料的需求特点。
1 高铁动车组对焊接设备的要求
焊接是高铁动车组制造过程中一个重要工序，其质量的好坏直接影响产品的安全及可靠性。就车身的制造过程而言，常用的工艺方法有：电阻焊中的点焊和凸焊、CO2气体保护焊、焊条电弧焊、螺柱焊、激光焊及等离子弧焊等。不同的焊接工艺对其焊接设备的性能要求不尽相同，但在基础能力方面却有着共同的需求：①设备机械性能可靠，程序运行稳定。②焊接参数高速采样，快速分析，快速反应，参数设定具备高分辨率，且数据通信要准确稳定。③控制精度一般要求：＆=最大误差绝对值δw/设定电流As<5%。④对于高端设备要具有输出参数的动态监测、自动修正及输出功率自动补偿功能，形成闭环控制，且监测与补偿精度可满足工艺质量要求，一般要求≤5%。⑤三相负载尽量平衡，功率因数高，节能环保。⑥具有设备安全与过载保护功能。⑦维修成本较低，备件更换方便快速。⑧体积小、重量轻，易于安装与搬运。
2 焊接设备的需求特点
通过调查我国经济发展的总体形势发现我国粗钢的年产量突破了2亿元，在2010年至2016年一直保持这样的生产水平，从2017年开始我国铝产量的需求下降，焊接产品构成情况，如下所示。表1是焊接产品构成情况，从2010年至2014年焊接设备需求量较多，在2015年焊接设备需求逐年下降。可以看出，相对国内市场来说，焊接设备产量需求相对是不很稳定。当前焊接设备需求大于产量，在激烈的竞争市场下，需要多功能的焊接设备，增长市场需求量。焊接是高铁动车组制造过程中一个重要的工序，也是必不可少的一部分。焊接质量会影响材料轻量化的安全和可靠性。常用的工艺方法有电阻焊中的电焊和凸焊。在高铁制造行业中，采用的焊接工艺方法对焊接设备的性能要求是不同的，在基础能力方面需要具备以下几个条件。第一，焊接设备的机械性能可靠性较强，设备程序运行稳定，保证设备性能符合焊接工艺的要求。第二，要求焊接设备在参数高速采样时具备较高的分辨率和快速分析能力，并且保证通信数据的精准性和准确性。第三，要求设备缩小控制精度产生的误差值。第四，高端设备需要具备输出参数的动态监测功能、自动修正功能和输出功率自动补偿功能，通过实现以上功能形成闭环控制系统。此外，还需要设备的监测功能和补偿精度满足焊接工艺质量的需求。按照工艺规定需要将工艺质量控制在5%以内。第四，保证设备安全，具备较强的保护功能。第五，焊接设备维修成本较低，方便备件更换，提高工艺施工的效率。第六，设备体积小，重量轻，安装与搬运过程需要符合焊接材料的需求。
表1??焊接产品构成
3 机器人是高铁动车组焊接现代化的重要标志
高铁动车组焊接的主要方法包括二氧化碳保护焊、点焊、弧焊等，随着科技水平的进步，人们对高铁整体安全性能和舒适程度的要求不断提高，因此企业需要提高焊接的精度和质量，建立现代的生产线。焊接机器人是现代高铁动车企业生产不可或缺的重要部分，能够满足多种不同的生产需求，提高企业的生产能力。同时，焊接机器人能够满足中柔性化的生产要求，能够在长时间重复进行工作，动作平稳，移动速度快，保证焊接质量，能够实现焊接轨迹、参数、姿态的精准，抗干扰能力强，具有多种摆动样式，能够满足生产工艺的基本要求。激光焊接机器人能够实现材料分子层面的组合，提高车声的整体强度，工件变形程度低、焊接深度大、质量好、无间隙。
4 车身焊接对焊材的要求
CO2气体保护焊是车身焊接中最常用的缝焊工艺，多为薄板焊接，在满足工艺要求的情况下考虑成本，一般使用镀铜实芯焊丝。CO2焊焊丝既是填充金属又是电极，所以焊丝既要保证一定的化学成分和力学性能，又要保证具有良好的导电性和工艺性能。一般焊丝要有脱氧剂成分稳定均匀，比例适当；表面镀层均匀、无裂缝，接触电阻稳定；送丝阻力小，与导电嘴的熔粘现象可控等。
5 金属材料的需求特点
在早期高铁动车制造业需求量不大，对使用的金属材料密度和质量较高。在小康社会，人们对代步工具的要求越来越高，高铁动车制造的材料由高密度材料发展为低密度材料。轻金属材料相比传统材料更具有优势，主要表现为以下几个方面。第一，新型金属材料的密度较低，制造出高铁动车质量也会偏低。第二，轻金属具有耐磨性强和耐热性好的特点，相比传统金属的硬度大，密度更小。第三，新型材料可以节约能源，促进高铁动车制造行业可持续战略的发展。相比其他铝材料来说，铝具有较多的特点，是高铁制造中非常受青睐的材料，技术人员根据铝的优势制造高铁动车组发动机，在加工工艺强度上相比其他金属材料更成熟。该金属材料不但可以提升发动机性能、高铁动车组主体结构性能和车辆行驶速度，还能减轻动车的重量。不同的金属材料具备的功能不一样，铝材料的强度相比其他金属材料重量更轻，制作过程是由传统的金属复合材料组成，相比之前激光加工的金属材料密度更小，重量更强。在高温和高压的环境下，铝会与氧气产生反应，生成一层氧化膜，避免材料被腐蚀，通过上述分析，说明该材料具有极高的耐热性和延展性。
6 焊接机器人未来的发展趋势
焊接机器人未来在结构设计方面使用的材料强度更高，结构更轻，通过对操作机构的优化设计可以提高焊接速度。机器人的控制操作系统将更加开放，模块化的结构能够优化控制柜的体积，操作更加简单，稳定性增强。机器人的传感系统更加多样化，焊接质量显著提高，同时具备自动追踪和定位功能。未来无线通信技术将会在焊接机器人中得到应用，虚拟技术也能够使操作人员在远端进行仿真操作，及时发现各种设计缺陷，提高机器人的综合能力。
结语
高铁动车组对金属材料和焊接设备的要求较高，当前我国焊接技术和金属材料在研发和制造费用上相对较低，可以减少制造行业的成本投入。在设备操作上，相对传统方法更易操作，材料采购的时间较短，可以有效减少成本支出的费用。此外，在选择相关设备是需要考虑产品的焊接特点和金属材料的需求特点上，选择适合企业发展的产品。
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论文作者:雷磊,邢志军
论文发表刊物:《防护工程》2018年第35期
论文发表时间:2019/4/2
标签：高铁论文; 金属材料论文; 材料论文; 焊接设备论文; 车组论文; 需求论文; 质量论文; 《防护工程》2018年第35期论文;