[01302845]轨道客车铝合金车体先进制造技术应用开发

课题来源及意义

长春轨道客车股份有限公司的动车、高速车及城轨、地铁车辆的国内外订单每年超过500亿元，但受传统车体制造技术的限制，产能、质量不能满足市场快速增长的要求，车体制造成为限制产能的瓶颈。

因此，采用新技术和先进标准提高铝合金车体制造的质量和效率、降低生产成本成为我国轨道客车制造业两大巨头-南车和北车集团提升制造水平、增强国际竞争力的标志。

本项目将搅拌摩擦焊先进制造技术进一步开发将其应用于铝合金车体制造，取代目前的弧焊技术，同时对涉及到弧焊的部件编写了2项国家标准，项目成果可大幅提高车体制造水平和生产效率，提高制造质量，降低生产成本，增强国际市场的竞争力。

2、技术原理及性能指标

实际完成的成果及指标： （1）设计研制了3mm、5mm、13mm、18mm、19mm搅拌头，使用寿命达到1100-1800米，并应用于武汉地铁2号线枕梁、端墙及380BL高速车车钩座的生产中; （2）完成3mm、12mm、18mm、30mm、35mm厚度的6005A-T6和6082-T6铝合金工艺开发及焊接接头相关组织性能测试; （3）设计了武汉地铁2号线枕梁、端墙及380BL车钩座型材，并在企业的协助下研制了适合武汉地铁2号线枕梁、端墙及车钩座生产的工装夹具各1套; （4）编写武汉地铁2号线焊接规范及相关板厚焊接程序指导书一套; （5）编写了FSW缺陷定义及分类指导书、缺陷修补技术作业指导书各1项; （6）申请发明专利1项，实用新型专利1项; （7）发表被SCI和EI收录的本项目研发内容相关的论文共6篇。

3、技术的创造性和先进性

针对铝合金车体部件的性能要求，设计制造了薄板、中厚板和厚板铝合金焊接用搅拌头，样件使用寿命达到800～1200米/套，焊缝的性能满足ISO10042及DVS1662关于铝合金车体部件的标准要求。

提出了以铝合金搅拌塑性变形区为型材设计依据的方法，简化了试验研究路径，设计了适应搅拌摩擦焊新技术的型材结构，实现了在武汉地铁2号线项目枕梁、端墙及380BL高速车车钩座生产上的应用开发了3mm、5mm薄板及12mm、18mm、30mm和35mm厚板的搅拌摩擦焊工艺，其中薄板的抗拉强度可达到母材的83%以上，厚板可达到母材强度的75%以上，优于ISO25239-4的要求。

4、技术的成熟程度

（1）吉林省科学技术厅科技成果鉴定：本研究成果于2013年通过了吉林省科学技术厅组织的由吉林大学、长春光学精密机械研究所、一汽规划部等单位专家组成的鉴定小组，通过视察生产现场、听取项目组的研制工作报告、技术总结报告和审查相关资料，经质疑和讨论，给予的鉴定结论为：研究成果达到国内领先水平。

（2）国家汽车零部件产品质量监督检验中心：出具的检验报告分别测试了项目研制单位提供的搅拌摩擦焊制造的武汉地铁2号线枕梁（厚度：12mm）和长春轨道客车股份有限公司提供的弧焊（MIG）制造的枕梁产品的静载强度和疲劳强度，表明FSW焊接的产品静载强度和疲劳强度均高于MIG焊接的产品。

（3）教育部科技查新工作站（Z04）：经过对以下四个查新点进行国内外查新，给出的主要结论是，国内外相关文献报道涉及到查新项目的部分内容，除委托人课题组发表的文献外，国内外均未见与该查新项目技术特点相符的文献报道。

5、应用情况和存在的问题

（1）应用情况 搅拌摩擦焊技术在搅拌摩擦焊与传统熔焊方法相比，具有优质、高效、低耗、焊接变形小、无污染等特点，特别是在铝合金焊接中具有其它焊接方法所不具备的特点，不需要填充焊丝和保护气体，生产成本低，而且焊接过程整洁，不会产生诸如飞溅、辐射等有害物质，焊接质量均匀一致，用于铝合金车体的制造其间接的社会效益也十分显著，是我国轨道客车制造业最具发展潜力的技术，本项目的完成和应用具有行业引领示范作用，促进了我国轨道客车制造业的技术进步，为高铁走向世界提供了技术上的支持。本项目已在长春轨道客车股份有限公司等多个单位进行应用，2012年3月开始上车，应用于武汉地铁2号线、新加坡地铁、深圳地铁2、5号线及380BL高速车铝合金车体部件的制造。

存在的问题

1)对于车钩座厚板部件，从目前的试验研究中发现沿板厚度方向存在力学性能逐渐降低的问题，使得厚板的强度系数低于同型号的薄板，进一步提高厚板的力学性能还需试验研究。

2)厚板部件焊接接头存在明显的类似界面的搅拌针作用痕迹，虽然不影响焊接接头的力学性能，但其物质结构及产生机理还未搞清，对生产质量控制的判断带来不便。