前国内尚无该类焊丝的专业厂家，加上我国地铁车辆的国产化还在起步阶段， 车辆试制用焊丝全部依赖进口。根据担任铝合金车体试制任务的铁道部长春客车厂的介绍，进口焊 丝不仅价格昂贵，而且供货周期很长，不利于我国批量生产铝合金车体制造成本的降低，制约着列 车轻量化的国产化进程。因此有必要在国内实现大型铝合金型材国产化的同时实现其配用焊丝的产 业化。 为了适应上述新兴产业的需要，国家计委已确立车辆轻化用大型铝合金型材的生产为九五 攻关项目，该项目由特大型国有企业西南铝加工厂承担实施。该厂为此而进行了吨挤压机等 装备的技术改造，为加速大型铝合金型材国产化的进程提供了必要条件。目前该项目已近尾声，在 年月以前，国产的大批大型铝合金型材可用于铁路车辆轻量化铝合金车体的试制。与此相 对应，作为该项目的配套项目，九五期间，国家计委亦已立项安排了大型铝合金型材配用焊丝 的研制，由工业大学现已更名为大学承担，为此该校投入了批高水平的科技人才，在 理论探讨和实验研究方面做了大量工作，试制出了综合性能已达到国外同类产品水平的焊丝样品， 为该产品的批量生产提供了技术方面的依据。 项目研究依据 主要技术经济指标 指标名称单位指标值备注 市场预测与项目建设规模 行业发展思路及战略部署 随着经济的发展技术的革新与人们生活水平的提高，交通运输业正在向高速节能安全 舒适豪华美观耐用轻量化环保方面发展。铝合金因具有比重小强度高成型性优良耐腐 蚀等优点，已成为实现现代化交通的首选材料。近几十年来世界各经济发达国家愈来愈普遍地采用 铝合金车体以达到车辆轻量化的目的。 据统计，目前全世界铝的消费在建筑方面为，包装应用为，而交通运输业的用量已达 到交通运输业已成为铝及铝加工材的第大用户。从世纪年代中期开始，以轻量化 为目标的铝合金系列列车车体的出现，导致了世界经济发达国家铁道运输业的次新的革命。进入 年代后，发达国家铁路客货车的制造技术管理水平提高更快，呈现出更加高效和节能的发展趋势，对于客车而言主要通过减轻客车自重来降低机车牵引能耗。地铁列车城市轻轨列车高 速列车及其他交通车辆的轻量化对于增大车辆的运载量，提高其运行速度，以及降低能源消耗，具 有十分重大的意义。 据有关资料介绍内燃机车牵引的列车每减重吨，每年可节约运输成本费用近万元电力机 车牵引的列车，每减轻吨，运行三十年便可节约万元另外，车辆轻量化还减轻了对线路的 磨损，延长了线路的使用寿命采用铝合金车体，与原来的钢制车体相比，车体自重减轻了左 右铝合金车体的制造有型材镶嵌焊接和框体铆接两种工艺方案。采用型材镶嵌焊接工艺可以使车 体制造工作量减少，从而大大降低制造成本。因此，型材镶嵌焊接工艺与框体铆接相比得到了 更加广泛的应用。而采用这种制造工艺，制造铝合金车体除需要大型特种铝合金型材外，还需要与 大型铝合金型材配套使用的铝合金焊丝。 随着我国铁道轻轨车辆轻量化进程的深入，对大型铝合金型材配用焊丝的需求越来越迫切。据 了解，十五期间，国内有个城市将修建地铁城市轻轨列车，按每年新增辆铁道铝合金 列车，每年国内大型铝合金型材的需求量在吨以上每辆列车需用铝合金型材吨计。就 配用焊丝而言，按国内已确定的车型，制造每节铝合金车厢需用，每列列车有节车 厢，则每列列车需要量为吨。因此，五年内配用焊丝的年需求量约为吨。加之大 型豪华大巴轻型集装箱用焊丝的需要量在吨以上，估计年市场每年需求配用 焊丝不低于吨。目前国内尚无该类焊丝的专业厂家，加上我国地铁车辆的国产化还在起步阶 段，车辆试制用焊丝全部依赖进口。根据担任铝合金车体试制任务的铁道部长春客车厂的介绍，进 口焊丝不仅价格昂贵，而且供货周期很长，不利于我国批量生产铝合金车体制造成本的降低，制约 工挤压成杆料 冷加工粗拉为的线坯光亮退火冷加工精拉为的焊丝表面 光化处理成品包装 工艺的合理性与成熟性 上述工艺路线是合理的成熟的，原因在于 按照优化了的合金成分配料，通过熔炼铸造获得成分符合要求形状和尺寸适于后面 加工的铸锭，然后通过热挤压加工迅速而节能地改变铸锭的外形和尺寸，并使其内部组织发生变化以提高其承受冷加工的能力，最后通过冷加工获得符合使用要求的几何尺寸和力学性能。此工艺为 国内外有色金属丝材加工常用工艺，是成熟的。 铸造工序采用半连续铸造方法。与铁模铸造方法相比，此法在保证产品质量的同时，既 提高了成品率和生产效率，又减少了因锯切头尾而产生的几何废料。此法适用于有定批量规模的 有色金属加工，其技术成熟可靠，已为本项目承担企业在其铝型材生产中所采用。 铸锭在热加工之前进行的均匀化退火或称均匀化处理，是把铸锭装入专用的炉子中， 在稍低于该合金熔点的温度下保持段时间，借助金属原子在高温下所具有的较强的扩散能力，消 除铸造时急冷造成的合金成分和组织的不均匀性。这是种提高铸锭加工性能和成品质量的工艺措 施，本项目承担企业在其铝型材生产中已采用。 在相邻的两次冷加工之间设置了光亮退火工序。主要原因是金属材料的塑性是有限 度的，即冷变形达到定程度就需要退火以恢复其塑性，以防再进行冷加工拉伸时发生断裂 二是经过冷加工的金属材料所粘附的油污，退火时容易变成碳垢，在再次冷加工时进入金属材料中 成为降低产品质量的缺陷，则可采用光亮退火，使油污挥发，不产生碳垢等缺陷，光亮退火也是在 有色金属材料加工过程中常采用的成熟的工艺措施。 冷加工完了之后设置表面机械光化处理工序。其必要性在于本项目的最终产品是用于 焊接大型铝合金型材的焊丝，凡焊丝表面存在的氧化物杂质和污垢，以及由于在加工过程中形成 的擦划伤痕而在焊丝贮存期间产生的腐蚀产物，均可能在焊接时进入焊缝，降低型材相互之间的连 接强度，因此，为了切实保证铁道车辆的铝合金车体牢固可靠，应当通过表面光化处理，去掉焊丝 表面存在的切缺陷。与目前国内常用的表面化学光化处理不同，本工序采用机械方式刨除丝材受 污染的表面并快速生成致密氧化膜，既去除了表面脏物，又防止了丝材在后续存放时表面的进步 氧化和腐蚀，有利于丝材质量的稳定和提高。在本项目中拟购置高精度高效率的进口拉丝光化处 理机，利用其配置的表面机械光化处理装置获得很好的表面处理效果。这种表面处理方法在发达国 家的丝材加工过程中经常采用，其技术成熟可靠。 大学曾采用上述工艺路线做出小批量焊丝，外观质量优良，经小批量样品试验及铁道 部长春客车厂试用，焊缝平整光滑，焊接接头的强度符合使用要求，进步证明了上述工艺路线具 有合理性和可行性。 关键技术 本项目主要有两项关键技术，是焊丝成份的优化，二是焊接工艺的选择与优化。具体内容 如下为了能够利用焊丝顺着车厢的长度方向将大型铝合金型材连续地焊接起来，制成实施铁道车 辆轻量化而采用的铝合金车体，焊丝成分的设计与优化是项关键技术。此类焊丝必须满足下列要求 适于焊接牌号为和的铝合金制成的大型型材焊接与与 时，接头强度应大于强度的焊接与时，接头强度应大于强度的 接头处焊缝平滑，无明显的裂纹气孔熔合不良等缺陷④焊丝的刚度满足自动焊机 连续送料的要求。如焊丝成分不恰当，就可能不能进行焊接，或者即使能够焊接，也可能在焊缝中 或焊接热影响区出现晶粒粗大问题致使强度达不到要求，甚至还产生裂纹熔合不良等问题。为了 找到合适的焊料成分，大学在九五期间进行研制时已设计好了两种合金的主要成分，号 焊丝的主要成分相当于铝合金，号焊丝的主要成分相当于铝合金为了避免焊缝中和 焊接热影响区产生晶粒粗大和出现热裂纹问题，通过试验研究已找到复合添加微量元素的方法，用 于焊接后有氵弥散的强化相析出，细化晶粒，提高焊接处的强度和耐热性，通过样本试验和铁道部 长春客车厂小批量试用，已达到了上述质量指标。本项目下步的主要任务之是此技术适应大批 生产焊丝的需要。为此，需要摸索并掌握整套可以稳定生产的工艺技术，在现有工艺技术装备的 基础上建成条适于焊丝规模批量生产的生产线，进步调整合金成分，特别是适当降低价格昂贵 的微量元素的含量，优化挤压拉丝工艺。只要投入些资金，在现有实验室小批量试制的基础上 进行批量生产的工艺研究，配制几种成分的合金并制成焊丝，通过实际应用，最终形成产品标准及 相关工艺文件，就能解决这个问题。 焊接工艺的选择与优化是另项关键技术。它成为关键技术的原因是因铁道车辆要求 高安全性，焊接质量十分重要在确定焊丝成分之后，焊接工艺的选择与优化是保证焊接质量的决 定性因素。铝合金材料的焊接具有不同于其他金属材料焊接的特点，给选择和优化焊接工艺增加了 难度。这些特点主要是铝合金熔点低，合金元素容易烧损极易氧化，生成氧化膜渣，不 及时清除，即形成裂纹源极易吸氢，故焊接时容易形成气孔④热膨胀系数很大，如果焊接 工艺参数选择不当，热膨胀产生的内应力就会导致铝合金材料开裂导热性高因而散热快，比 热大因而升温慢，因此，必须供给能量很集中的热源才能进行焊接。但是，这些问题对于本项目承 担单位所拥有的材料专家们来说，都是有办法解决的采用在惰性气体的保护之下进行焊接等方法 就能有效地防止铝合金在熔融状态下氧化，保持物料和工作环境的干燥能避免焊接时铝合金吸氢产 生气孔，采用大电流焊接能解决散热快升温慢的问题，并减少合金元素的烧损，等等，只要提供 必要的物质条件和检测手段，通过试验研究可在较短时间内找出适合的焊接工艺参数，达到优化焊 接工艺