铁道车辆轻量化用大型铝合金型材配用焊丝产业化可行性研究报告(编辑修改稿)

铁道车辆轻量化用大型铝合金型材配用焊丝产业化可行性研究报告(编辑修改稿)内容摘要：

005与 7005 时，接头强度应大于 7005强度的70%；③ 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， XX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， 1号焊丝的主要成分相当于铝合金 4043， 2 号焊丝的主要成分相当于铝合金 5356；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。 本项目下一步的主要任务之一是此技术适应大批生产焊丝的需要。 为此，需要摸索并掌握一整套可以稳定 生产的工艺技术，在现有工艺技术装备的基础上建成一条适于焊丝规模批量生产的生产线，进一步调整合金成分，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。 只要投入一些资金，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。 （ 2） 焊接工艺的选择与优化是另一项关键技术。 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：① 铝合金熔点低，合金元素容易烧损；② 极易氧化，生成氧化膜渣，不及时清除，即形成裂纹源；③ 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；⑤ 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，达到优化焊接工艺的目的。 产品技术性能水平与国内外同类产品的比较 由于目前国内市场上尚无国产的同类产品，也未找到适于本项目检测比较的同类进口产品，因 11 此，本项目试制产品的技术性能无法与国内外同类产品直接进行比较。 但是， XX大学在“九五”期间研制的焊丝曾在长春客车厂铝合金车体试制 过程中与国外进口的 AlcoTec 专用焊丝及进口的车体分解试样进行对比试验，试验结果表明研制产品综合性能已达到进口同类产品的水平，为下一步实施此类焊丝的产业化提供了技术方面的依据。 焊接对比试验中表明我们的研制产品与国外同类产品达到同一水平的主要质量指标如下： ① ф ，适用于自动焊机焊接； ② 焊丝的刚度满足自动焊机连续送丝的要求； ③ 焊丝表面无氧化夹杂、凹坑、毛刺和折痕，表面粗糙度 m； ④ 焊丝达到了表 3所列的力学性能； 表 3 焊丝的力学性能 品种 状态 δ b（ Mpa） δ (Mpa) δ (%) 1焊丝 H14 0 170 145 165 65 18 2焊丝 H34 0 310 260 250 110 7 20 ⑤ 接头处焊缝平滑，无明显的裂纹、气孔、熔合不良等缺陷； ⑥ 焊接接头强度： 6005A与 6005A、 6005A与 7005铝合金焊接接头强度大于 6005A强度的 80%，7005与 7005铝合金焊接接头强度大于 7005强度的 70%。 三、 项目成熟程度及相关知识产权 XX大学材料学与工程系在本项目前期工作中已取得了下列研究成果： （ 1） 完成了“高强高韧可焊含钪 铝合金的研究与开发”项目的研究，并于 1998年 8月通过中国有色金属总公司的鉴定（中色科鉴字 [1998]第 065号），板材和焊丝均符合项目合同书的要求。 （ 2） 主持编制了车辆用大型铝合金材配用铝合金焊丝标准。 （ 3） 对本项目拟产业化的相当于铝合金 404 535 5183的焊丝进行了研究和试制，用户对小批量试制焊丝初步反映良好，将于 20xx年 6月进行技术鉴定。 因受大型铝合金型材批量试制尚未提交用户使用的限制，现在无法进行生产条件下焊丝使用工艺性能和焊缝的性能检测，但根据目前实验室的检测结果，焊缝性能已达到国外同类产品 的要求，个别指标还优于外国样品。 因此，只要配置齐全生产工艺装备，就可以进行大批焊丝的试生产，通过大批量工艺性试验的检验之后，即可转入正常生产。 本项目合作双方已就与本项目有关的知识产权的归属及知识产权股份化的资本设置等问题 12 进行了协商，达成了共识，形成了紧密的合作关系，十分有利于大型铝合金型材配用焊丝产业化的项目的具体实施。 四、 项目实施进度计划 20xx年 7月至 20xx年 6月 购入焊丝生产所需的全部固定资产，其中包括适用的意大利拉丝设备，并完成安装、调试工作；配备生产操作人员、生产过程及产品质量监控人员 和设备维修人员，并组织培训，提高素质以符合生产要求。 20xx年 7月至 20xx年 6月 组织本项目承担单位的技术人员及所培训的操作人员进行熔铸、挤压、拉伸各工序生产工艺的优化，然后进行小批量试生产。 在试生产过程中，完成对焊丝合金成分的优选、焊丝加工工艺的研究，以及与铁道部客车厂合作完成焊接工艺研究及焊接性能评估，并组织进行总结和鉴定。 在此基础上扩大试生产批量。 20xx年 7月至 20xx年 6月 完善生产工艺操作规程和设备安全操作维护规程，健全质量监测体系和质量管理制度，实行大规模试生产，并加强市 场开拓工作。 五、 总投资估算、资金筹措及资金使用计划 项目投资估算 本项目系技术改造项目。 充分利有原有的许多固定资产，如场地，厂房及辅助用房，工艺设备挤压机，厂房内的运输设备单梁桥式吊车，用于厂内联系和对外联系的各种车辆，等等，可以大大减少本项目的新增投资。 本项目的新增投资估算为 3000万元，由下列三部分组成： 第一部分是新增固定资产，投资金额合计 1960万元。 具体组成如表 4 所列。 其中，中频无铁芯电炉 240 万元，采用它是因为用它熔炼制造焊丝的铝合金最有利于保证合金成分和性能的均匀性，还能减少价格特别昂贵的合金元 素钪的烧损；从国外进口的焊丝拉伸及光化处理设备 580万元，采用这种设备是因为它不仅生产效率高，而且能从焊丝表面去掉一薄层，切实消除焊丝表面缺陷对以后焊接强度的不利影响；项目所需的检测仪器和设备，使焊丝的化学成分、金相组织、力学性能、物理性能和焊接性能均处于有效的监控之中。 总之，新增的这些固定资产与原有的固定资产相配合，为产品质量符合使用要求和年产量达到设计生产能力 1500吨，提供了可靠的物质保证。 表 4 新增固定资产一览表 序号 名 称 投资金额（万元） 13 1 中频感应电炉及其辅助设备 240 2 半连续铸造机及其辅助设施 80 3 铸锭均匀化处理炉及其辅助设备 60 4 锯切设备及锯屑、几何废料、工艺废品处理设备 40 5 挤压机挤出杆料的成卷设备及拉伸机开卷设备 20 6 焊丝拉伸及机械光化处理设备（国外进口） 580 7 焊丝光亮退火设备 40 8 挤压修模设备及拉伸修模设备 60 9 挤压杆料及粗拉坯料的制头设备 40 10 光谱分析、化学分析、气体分析、金相检验、力学性能检验、物理 性能检验及焊接性能检验的设备 420 11 精密计量工具和设备（各种量具和衡器） 60 12 供电配电设备（含功率因素自动补偿设备等） 240 13 其他辅助设备、设施及未预计到的费用 80 合 计 1960 第二部分是对本项目技术开发工作的投资，合计 400万元，技术开发的具体内容列于表 5。 在本项目的前期工作中所进行的实验研究，虽然已获重大成果，找到了解决技术关键问题的方法，但主要工作限于实验室阶段，为了确保产品质量，提高生产效率和降低生产成本，还需要在生产规模的条件下，进行一系列与生产工艺密切相关的试验研究工作，以制订最合适的熔炼、铸造、挤压、拉伸工艺制度，优化焊丝的化学成分，并优 化焊丝的工艺性能，即焊接工艺。 对于技术难度相当大、生产成本比较高的本项目来说，在技术开发方面的这种投资是必要的，也是值得的。 表 5 技术开发的内容及投资 序号 内 容 投资金额（万元） 1 熔炼、铸造、挤压、拉丝工艺优化的试验研究 200 2 焊丝成分优化的试验研究 80 3 焊接工艺优化及焊接接头性能检测的试验研究 120 合 计 400 第三部分是本项目正常运营时所需要的流动资金，合计 620万元。 其中包括在月产焊丝 150吨的条件下，为一个月所消耗的原材料、辅助材料、动力而支出的资 金，以及管理人员、技术人员、生产人员和设备维修人员的工资，还有熔铸工具、挤压模具、拉伸模具消耗所需的资金，以及销售费用、管理费用和财务费用。 资金筹措方案 14 新增投资 2980万元拟采取下列方案筹集：申请省经贸委拨款 300万元，银行贷款 1800万元，项目承担单位自筹 880万元。 资金使用计划 本项目的资金使用计划是以建成完整的年产 1500 吨的大、中型铝合金型材配用焊丝生产线，并确保产品质量达到国际先进水平为目标，按照先进合理、加快进度、力求节省投资的原则编制的。 具体内容列于表 6。 表 6 资金使用计划 时间 目 标 工作内容 投资金额（万元） 第 1年 ~ 建成焊丝生产线； 培训生产操作骨干队伍； 做好生产规模的技术开发和试生产的准备工作。 订购、安装、调试熔炼炉、铸造机、均匀化炉、锯切设备及它们的辅助设备和设施 420 外委（或自行）制造、安装、调试挤压杆料的成卷、开卷设备 20 订购、安装、调试光亮退火设备 40 订购、安装、调试焊丝拉伸及光化处理设备 580 订购、安装、调试拉伸制头设备，以及挤压模具和拉伸模具的修模设备 100 订购、安装、调 试各种检测仪器和设备 420 订购、安装、调试供电、配电设备 240 第 2年 ~ 进行小批量试生产，建立生产操作工艺规程和设备安全操作及维护规程； 完成生产性技术开发工作，并做好总结，举行鉴定会，开拓市场。 订购和验收各种精密计量工具和设备，并培训生产工人和管理人员正确使用 60。