轨道车辆制造中激光加工技术应用现状

　　1.激光切割技术

　　激光切割作为一种柔性加工技术，具有高精度、高效率、热变形小和适应性强等优点，目前国内外的轨道车辆制造厂家普遍采用激光加工技术进行不锈钢、碳钢、铝合金等金属板料的加工。加工的产品主要有车体、转向架、内装部位的金属板材零件，多数为二维平面切割，通过激光切割加工出零件的外形轮廓和孔，获得较高的精度和切割断面质量。激光加工采用的主要设备为各种规格的激光切割机，各厂家根据产能的不同，拥有多台激光切割机。一般情况下，碳钢和不锈钢板普遍采用CO2激光切割机或固体激光切割机；铝合金板采用固态激光切割机；对于10~20mm厚的碳钢板材，普遍采用CO2激光切割机，可以达到较高的切割速度和良好的断面切割质量。

　　由于激光加工技术的应用，实现了柔性加工，取代了大量的冲压模具，缩短了冲压生产的准备周期，节约了大量模具成本，因此激光切割已经成为国内外轨道车辆制造业中金属板材下料的主要手段，如图1、图2所示。

　　评价激光切割的精度主要有三类指标：①切割断面指标：主要有断面粗糙度、切割斜度、挂渣及热变形等。②几何公差指标：主要有孔圆度、位置度、重复精度及尺寸误差等。③氧化层和热影响区等。参照国家标准：GB/Z18462—2001激光加工机械—金属切割的性能规范与标准检查程序。

　　实际生产中影响激光切割精度的原因有很多，如设备精度、切割参数、气体纯度、材料种类、厚度及环境因素等。选用设备时要根据设备制造商提供的精度测试数据和曲线来衡量设备能够达到的精度。一般情况下，激光切割的光束定位精度为±0.03mm；切割面粗糙度Ra=12.5μm左右；实际切割的误差为0.1~0.3mm。

 

轨道车辆制造中激光加工技术发展趋势

　　1.激光切割技术

　　三维激光切割技术刚刚在国内轨道车辆制造业进行应用，主要进行各种三维冲压件的切割、割孔，一般配置机械手、光纤激光、交换工作台、闭路实时监控显示、封闭切割间、除尘及编程系统。能够实现各种三维工件进行三维切割、割孔；配置的交换工作台可进行工件交换切割，提高效率；离线和示教编程，提高切割精度；实现安全环保。该设备在生产中的应用，解决了各种复杂工件的三维切割，代替落后的无齿具、手工等离子切割工艺，不仅提高产品质量，而且解决了环境污染问题，如图7所示。

　　另外，伴随着激光切割技术的不断发展和广泛应用，激光加工技术在轨道车辆制造中将呈现以下发展趋势：

　　（1）激光切割设备的大型化对大长件的加工，尤其是组成部件后进行激光切割，将提高大型工件加工能力和质量。

　　（2）激光切割设备的专用化针对碳钢、不锈钢、铝合金材料，尤其是不同厚度的材料选用不同的切割设备；例如铝合金切割采用合适功率的光纤激光，减少反射对设备危害，提高质量；厚碳钢板采用CO2激光切割，提高速度和断面质量；薄板采用效率高、成本低的光纤激光切割。

　　（3）激光切割技术的进一步创新和提高随着需求的多元化对激光切割技术提出更高要求，势必促进激光切割技术的革命，更先进的技术和设备将应运而生。同时激光切割技术的广泛应用，也将为激光切割技术的创新和改进提供有效的数据和经验。总之，切割质量进一步提高将是永无止境的目标。

　　2.激光焊接

　　激光-电弧复合焊是近年来开发的一种高能束焊接方法，通过激光和电弧同时向焊接区输入能量，同时作用于焊缝区，充分发挥各自的优势，形成了一种新的高效焊接热源。目前，激光-电弧复合焊接技术已经在汽车、船舶、航天航空、石油管道等方面得到了实际应用；激光-MIG复合焊具有比激光焊和电弧焊熔深大，焊接速度快、焊缝成形比激光焊好、热输入热输入小，焊接变形小，焊接强度损失小、对接头间隙不敏感等优点。该技术在国内轨道车辆行业还没有实际应用案例，只进行了相关的工艺试验开发并取得一定的成果，如图8所示。