铝合金焊丝可行性研究报告要点

1、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1、总论1.1 项目概况1.1. 1 项目名称 : 铁道车辆轻量化用大型铝合金型材配用焊丝产业化1.1.2 项目建设单位 : 岳阳鸿仪新材料有限公司A岳阳鸿仪新材料有限公司，由岳阳鸿仪铝业有限公司（以下简称鸿仪铝业）和中南大学材料科 学与工程系（以下简称中南大学）合资组建。岳阳鸿仪新材料有限公司注册资金为 3000 万元，鸿仪铝业以资金占 82%，中南大学以技术占 18% 的股份。中南大学材料科学与工程系是集教学、科研和开发为一体的实体单位，1995年 10月被批准为全国有色金属

2、和稀有金属材料科学与工程的重点学科，主要从事有色金属和稀有金属的研究与开 发。拥有熔炼铸造、加工、热处理、性能检测、显微组织分析等九个实验室，是湖南省和教育部直 属的有色金属材料重点实验室。 具有较强的科技攻关能力， 新型铝合金及焊丝的研制与开发是其主 攻方向之一，已完成各项小批量试验。该单位拥有 500kg 级铝合金半连续铸造机组、 800t 卧式挤 压机、线材拉伸机等工艺装备，以及各种材料组织和性能的检测设备。鸿仪铝业是上海鸿仪投资发展有限公司在湘的投资实体，注册资本10，000 万元人民币， 1999年 12 月整体收购原岳阳起重电磁铁厂，并在该厂现有场地、厂房和基础设施的基础上投资新建

3、铝 合金型材生产基地，获湖南省经贸委湘经贸投资 200177 、78 号立项批准，并列入岳阳市2001 年重点工程项目，由我国权威设计单位洛阳有色金属加工设计研究院设计。在2001 年2002 年将形成以工业和交通运输业用大中型铝合金型材为主， 年产铝型材 18000 吨的生产加工能力。 该公 司拥有铝合金熔炼炉 3 台，各种规格的铝型材挤压机 4 台，均质炉、加热炉、时效炉 10 台，以及 氧化、着色、电泳生产线和粉末静电喷涂生产线等先进的工艺装备，其中从德国引进的32/36MN大断面铝型材挤压机，具有现代世界先进水平，可用于车辆轻化用铝合金型材的批量生产。此外，还 拥有适用于铝合金型材产品

4、检验和对生产过程进行监控的各种检测仪器及设备。上述工艺装备和检测设备同样也适用于焊丝坯料的生产和产品的检测。 由该公司实施本项目， 不仅可有效利用目前企 业的存量资产，大大降低投资金额，而且能缩短项目建设期从而早见效益。此外，实施本项目生产 大断面工业铝材的配用焊丝， 还有利于该公司完善产品结构， 实现工业铝材与配用焊丝的配套生产 和销售，从而提高企业的综合竞争能力。B.项目开发人员情况表2合作承担本项目的主要技术人员一览表单位中南大学鸿仪铝业姓名尹 志 民汪 明 朴姜峰宋 练 鹏郭 飞 跃朱蕾冷 智 勇杨早 晖田 小 平能八、乐宝潘 小 龙周 梦 雄职称教 授教 授副 教 授副 教 授研 究

5、 生研 究 生高工高工高工工 程 师工 程 师工 程 师合作承担本项目的主要技术人员如表2所列，其中两位技术负责人简要情况如下：尹志民，男，55岁，教授，博士导师，享受国务院颁发的政府特殊津贴待遇的专家，“材料物理”博士点学术带头人。多年来，先后主持完成了国家863高技术项目“多级快速冷凝铝锂合金研究”、国家计委九五攻关项目“汽车散热器用铝合金复合箔的研制”、国家自然科学基金项目“微量钪在Al-Mg合金中的存在形式和作用机制”、有色总公司军工新材料项目“高强高韧可焊含钪铝 合金的研制与开发”、科技部中小型企业创新基金项目“铁路列车用大功率异步牵引电动机导条、 端环和扩环中试”等九项国家级、省部

6、级重大科研项目。目前正主持承担国家计委“九五”重大 攻关项目“车辆用大型铝型材产业化前期关键技术研制与开发”中的大型铝型材配用焊丝研究。冷智勇，男，37岁，85年毕业于中南工业大学材料系，高级工程师，多年来一直从事铝型材 加工方面的技术工作。曾参与湖南振升铝材有限公司的筹备与建设直至建成，并作为该公司总工程师组织完成了产品开发、工艺优化、质量管理等技术工作及技术管理工作，对湖南省新型铝加工企业的掘起作出了较大的贡献。1999年被评为“长沙市优秀乡镇企业科技工作者”。他具有丰富的生产实践、产品开发及技术管理经验。1. 2项目背景我国属原铝生产大国，原铝产量居全球第三位，仅次于美国、俄罗斯。据调查

7、，目前，我国人 均用铝消费量仍处于较低水平，约为发达国家的1/10、世界平均水平的1/2。改革开放20多年来,随着人们物质生活水平的持续提高，加之一些新技术在铝合金、铝制品领域的不断应用，从而大大改善了生产领域、生活领域的用铝结构，同时也使人们的用铝理念发生了根本性的变化，极大地扩张了铝制品在工业与民用领域的应用范围。从“人类发展共性”理论的角度出发，随着国民用铝理 念的迅速变化和铝制品在工业与民用领域的广泛应用，我国人均用铝消费量赶上世界先进及发达国家水平，将会随着中国加入 WTO而进入倒计时。改革开放以来，我国经济快速发展，尤其是交通运输业高速发展。地铁列车、城市轻轨列车、 高速列车及其他

8、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。采用铝合金车体是未来交通运输工具制造业的方向。采用铝合金车体，与原来的钢制车体相比，车体自重减轻了50%左右；铝合金车体的制造分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40%，从而大大降低制造成本， 因此， 这种制造工艺与后者相比得到了更加广泛的应用。由于采用这种制造工艺，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，对大型铝合金型材及配用焊丝的需求越来越迫切。 据了解，“十五”

9、期间，国内有 18 个城市将修建地铁、城市轻轨列车，按每年新增 200 辆铁道铝合 金列车，每辆列车需用铝合金型材 15吨计， 每年国内大型铝合金型材的需求量在 3000 吨以上。 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300 500kg，每列列车有20节车厢，则每列列车需要量为 610吨，因此，五年内配用焊丝的年需求量为 1200-2000 吨。加之大型 豪华大巴、轻型集装箱用焊丝的需要量在 2000 吨以上，估计 20022005 年市场每年需求配用焊丝 不低于 3500 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

10、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8000 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2001 年 6 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。

11、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，由中南工业大学（现已更名为中南大学）承担，为此该校投入了一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。1 3 项目研究依据1 4 主要技术经济指标指标名称单位指标值备注2.市场预测与项目建设规模2.1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、

12、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23%包装应用为22%而交通运输业的用量已达到37%交通运输业已成为铝及铝加工材的第一大用户。从20世纪60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一次新的革命。进入80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

13、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一吨，每年可节约运输成本费用近万元；电力机车牵引的列车，每减轻一吨，运行三十年便可节约 28 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 50%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 40%，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

14、 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 18 个城市将修建地铁、城市轻轨列车，按每年新增 200 辆铁道铝合金 列车，每年国内大型铝合金型材的需求量在 3000 吨以上（每辆列车需用铝合金型材 15 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300 500kg，每列列车有20节车厢，则每列列车需要量为 610吨。因此，五年内配用焊丝的年需求量约为1200-2000 吨。加之大型豪华大巴、 轻型集装箱用焊丝的需要量在 2000吨以上， 估计 20022005

15、 年市场每年需求配用焊丝不低于 3500 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8000 吨挤压机等装备的技术改造，为加速大型铝合金型材国

16、产化的进程提供了必要条件。目前该项目已近尾声，在2001 年 6 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，由中南工业大学（现已更名为中南大学）承担，为此该校投入了一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。应当指出，目前世界上只有德国VAW美国Alcoa、日本KOK等四家公司，能够进行配用焊丝的批量生产，但是，这些公司在技术方面是严格保密的。因此，我国

17、直接通过引进国外的已有技术来加快产业化的可能性很小，且代价极高。若以中南大学的科研成果为技术基础，辅以有良好技术装备基础的生产企业通过试生产而转入大批量生产，产业化可以在较短时间内得以实现。就本项目的企校合作单位而言，岳阳鸿仪铝业有限公司和中南大学材料科学与工程系无论在人员素质方面， 还是在基本技术装备方面，均已具备了承担本项目的必要条件，只要这两支力量密切合作，再提供一些经费和相关的便利条件，就有充分的把握在2003年6月或者还提前一些时间在兼顾产品质量和生产成本的条件下实现大型铝合金型材配用焊丝的产业化，在很大程度上满足我国铁道车辆轻量化事业的需要，并创造良好的经济效益。对铝合金焊丝的市场

18、需求是与国民经济的发展形势紧紧联系在一起的。采用大型铝合金挤压型材制作铝质车辆的优点可归纳如下：（1）减重：根据有关资料报导，与钢制车体相比，相同体积和载客量的铝合金车体具有显著的减重效果，其自重降低了50%左右（如表3所列），从而可大大降低能耗，并改善列车动力性能，降低噪音，提高乘坐的舒适性；（2）大型、中空、薄壁、扁宽断面挤压铝合金型材的应用可提高车体的刚度，从而提高其安 全性;（3） 型材板宽的不断加宽（可达700800mm，做成与车体等长，可大大改善铝质车体的加工性和可焊性，从而使车体组装仅有纵向焊缝，制造铝质车体的工作量，与钢质车体相比减少40%左右;（4）可提高整个车厢的气密性、水

19、密性、抗风压强度及抗腐蚀性能，从而延长车辆的使用寿命。表3以铝代钢减轻车体自重的实例车厢种类车体自重（kg）以铝代钢后车体重量减轻（%钢制车体铝合金车体意大利米兰地铁6700300055意大利铁路包车11800620047.5德国地铁（中间车厢）9500467051日本东京地铁9540410056瑞士铁路客车9350395057在车辆制造成本方面，虽然大型铝合金挤压型材价格较贵，但因铝质车辆生产过程简单，制造费用低，所以铝质车辆的总成本与钢质车辆相当，此外，由于车体上的铝合金构件的材质和规格是根据车体不同部位的强度要求而选用的，因而铝合金强度较低的弱点得到了弥补。铁道列车在目前及今后若干年内仍

20、是我国大众化、 大容量、 经济型的交通工具， 但列车速度慢， 乘客拥挤，乘坐条件差一直是难于解决的问题。货运也一直存在着运输任务重，用户要车皮难、不 能及时运到目的地的问题。为了解决客运、货运方面存在着的这些重大问题，为了赶上和缩小与世 界铁路运输新技术的差距， 国家铁道部制定了 “货车重载、 客运高速” 的“八五” 铁道方针。 现在， 建设高速线路，开发铝合金轻型客车已势在必行。铝合金车体的制造除需要大量大型铝合金型材外， 还需要大量与大型铝合金型材配套使用的焊 丝，二者是同时需要的，缺一不可。因此，车辆轻化需用的大型铝合金型材的应用前景十分广阔， 这类焊丝的应用前景也同样十分广阔。23 市

21、场需求及其潜力A国内市场方面国家已决定“九五” “十五”期间在全国八个主要城市建设地铁，这八个城市是广州、上海、 天津、哈尔滨、重庆、武汉、南京、长沙。铁道部还决定建设广州深圳、福建厦门、北京 天津上海区段时速为 160350 公里/ 小时准高速旅客列车。这些项目的建设为我国铝加工 业的飞速发展提供了契机。为了配合铝材在航空航天、铁道车辆、汽车和轮船上的广泛应用，作为 铝材应用的关键技术之一， 铝合金的新的焊接材料、 焊接设备以及焊接工艺的研究和开发应当加紧 进行。本项目拟实现产业化的焊丝就是这种我国车辆轻化迫切需要的新的焊接材料。根据我国地铁列车、 高速列车和集装箱等新兴产业的发展情况， 以

22、及为适应这些产业需要大中型铝合金型材生产 的发展情况，可以预计， “十五”期间我国大断面工业铝型材的使用对铝合金焊丝的年需求量将达 到 3500 吨以上，按含税价 6 万元 / 吨计算，产值将达到 21000 万元。由于在本项目的前期研制工作中， 已与铝合金焊丝的一些主要用户如长春客车厂、 四方车辆厂 等铁道部的大型客车厂在铝合金车体试制方面进行了密切合作， 建立了良好的互信关系， 因而本项 目产品进入铁道车辆用材市场具有可靠的基础，而且，借助于他们的推介，还将为本项目占领更广阔的市场创造十分有利的条件。随着本项目产品走向市场，国内也会有其他一些铝加工企业试图生产铝合金焊丝参与市场竞 争，但是

23、，由于此产品技术含量相对较高，资金投入也相对较大，市场准入门槛相应较高，在没有 较强技术和资金实力的企业面前存在着很大的入市难度。 据此可以预计， 近 5年内国内企业对我们 焊丝的销售不会构成威胁。B.国际市场方面在美国、日本和欧洲的一些经济发达国家， 大型铝合金型材及其配用焊丝已广泛用于地铁列车、 - 7 -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高速列车、 城市轻轨车、 大型铝集装箱和舰船， 就配用焊丝而言， 全世界年用量已达 20000 吨左右， 随着车辆轻量化的继续发展，对此类焊丝的需求无疑将进一步增大。受产业结构和制作技术的限制和影响，目前世界上只有德国VAW美国A

24、lcoa、日本KOK等几家公司拥有配用焊丝的技术，而其技术是严格保密的。因此，我国直接通过引进国外的已有技术来加快产业化的可能性小，且代价极高。我国加入 WTO以后，随着关税的降低，既有利于国外产品进入我国市场，亦给我们提供了进入 国际市场的机会。 在产品质量和生产技术方面， 本项目选定的工艺路线已为国外经济发达国家的实 践证明是成熟的，加上本项目的关键设备是从国外引进，为产品质量提供了切实的保证，因而具有与国外公司产品等质抗衡的能力；在价格方面，由于生产此类产品的工艺流程相对较长，耗用的人 力资源较多，而我国的人力资源较经济发达国家廉价得多，因而本项目产品的成本相对低廉，也具有与国外公司产品

25、竞争的价格优势。 因此，凭借着优良的产品质量和相对低廉的价格， 本项目产品 可以逐步进入国际市场。24项目建设规模 根据国家计委立项安排由西南铝合金厂生产的大型铝合金型材所采用的合金牌号为6005A 和7005，焊接成铝合金车体时的组合有6005A与6005A、6005A与7005、7005与7005三种，因此，本项目的主要产品品种是与这三种组合相适应的铝合金焊丝。 根据从事铝合金车体试制的铁道部长 春客车厂、青岛四方车辆厂等用户自动焊接设备的使用要求，可确定铝合金焊丝的主要规格为e1.6mm和e 1.2mm再根据前述预测，未来五年市场年需求量在3500吨以上，故初步确定本项目在2002 年建

26、成年产 1500 吨的焊丝生产线。1、项目的技术路线及工艺流程焊丝合金成分的设计与优化T合金熔炼T半连续铸造T均匀化处理T热加工（挤压成杆料）T冷加工（粗拉为e 3.2mm的线坯光亮退火t冷加工（精拉为e 1.6mm e 1.2mm的焊丝）宀表面光化处理t成品包装2、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：（1 ）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

27、有色金属丝材加工常用工艺，是成熟的。（2）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。 此法适用于有一定批量规模的 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。（ 3）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一段时间， 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。 这是一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。（4）

28、在相邻的两次冷加工之间设置了光亮退火工序。主要原因：一是金属材料的塑性是有限 度的，即冷变形达到一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。（5）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

29、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 表面存在的一切缺陷。 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一步 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。（6）中南大学曾采用上述工艺路线做出小批量焊丝

30、，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， 进一步证明了上述工艺路线 具有合理性和可行性。3、关键技术本项目主要有两项关键技术，一是焊丝成份的优化，二是焊接工艺的选择与优化。 具体内容 如下：（1）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一项关键技术 。 此类焊丝必须满足下列要求： 适于焊接牌号为 6005A和7005的铝合金制成的大型型材； 焊接6005A与6005A、6005A与 7005 时，接头强度应大于 6005A 强度的 80%；焊接

31、 7005 与 7005 时，接头强度应大于 7005 强度的 70% 接头处焊缝平滑，无明显的裂纹、气孔、熔合不良等缺陷；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，中南大学在“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

32、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

33、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；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

34、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。4、产品技术性能水平与国内外同类产品的比较也未找到适于本项目检测比较的同类进口产品，由于目前国内市场上尚无国产的同类产品，- 9 -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，中南

35、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： 1.6mm和 1.2m m的焊丝，适用于自动焊机焊接； 焊丝的刚度满足自动焊机连续送丝的要求； 焊丝表面无氧化夹杂、凹坑、毛刺和折痕，表面粗糙度12.5卩m； 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S b (MpaS 0.2(Mpa)S (%)1#焊丝H1417016

36、51.3014565182#焊丝H343102507200260110 接头处焊缝平滑，无明显的裂纹、气孔、熔合不良等缺陷； 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1、中南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

37、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4043、5356、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2001年6月进行技术鉴定。2、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。3、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进行了协商，达成了共

38、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1、2001年7月至2002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。2、2002年7月至2003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

39、和鉴定。在此基础上扩大试生产批量。3、2003年7月至2004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1、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

40、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）1中频感应电炉及其辅助设备2402半连续铸造机及其辅助设施803铸

41、锭均匀化处理炉及其辅助设备604锯切设备及锯屑、几何废料、工艺废品处理设备405挤压机挤出杆料的成卷设备及拉伸机开卷设备206焊丝拉伸及机械光化处理设备（国外进口）5807焊丝光亮退火设备408挤压修模设备及拉伸修模设备609挤压杆料及粗拉坯料的制头设备4010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42011精密计量工具和设备（各种量具和衡器）6012供电配电设备（含功率因素自动补偿设备等）24013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

42、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2002焊丝成分优化的试验研究803焊接工艺优化及焊接接头性能检测的试验研究120合 计400

43、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。2、资金筹措方案新增投资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。3、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

44、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（万兀）第1年2001.72002.61、建成焊丝生产 线；2、培训生产操作 骨干队伍；3、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2002.72003

45、.61、进行小批量试 生产，建立生 产操作工艺规 程和设备女全 操作及维护规 程；2、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进行熔炼、铸造、挤压、拉伸工艺优化的试 验研究，并培训生产工人掌握操作技术200进行焊丝合金成分优化的试验研究80进行焊接工艺优化和接头检测的试验研究120进行技术总结，完善技术文件，培训质量监 控人员、生产工人和设备维修人员；购置部分原材料和辅助材料，进行小批量生 产，使生产工人和质量监控人员熟练掌握生 产工艺，提咼工作质量和工作效率，200第3年2003.72004.6

46、进行大批量试生 产，健全规章制 度，为全面正常生 产做好一切准备 工作购置大量原材料和辅助材料，努力达到生产 全过程有先进适用的规章制度可循，实现高 质量、低消耗、高效率的正常生产。440注储备资金60万兀，以备本项目建设中未预料到的特殊情况的需要。六、经济和社会效益分析1、未来五年生产成本的估算（1）原材料成本估算设计生产能力根据我国铁道车辆轻量化和轻型集装箱等新兴产业对铝合金焊丝的需求，并从稳妥的角度考虑留出较大的余地，确定本项目生产能力为年产铝合金焊丝1500吨。产品方案及原材料平衡根据对铝合金焊丝用户使用趋势的预测，确定本项目焊丝的两个品种1号焊丝和2号焊丝年产量分别占各年总产量的 6

47、0唏口 40%在焊丝总产量达到设计生产能力的年度里其年产量分别为900吨和600吨。由于铝合金焊丝生产技术的复杂程度明显高于一般铝合金线材，在生产过程中原材料损耗较大，成品率也较低，故取其金属损耗率为4%综合成品率为67.5% （按熔铸成品率90%加工成品率75%十算）。据此，计算所得焊丝年产量达到设计生产能力时的原材料平衡数据列于表7。表7 年产焊丝1500吨时的综合金属平衡表项目金属量（t）比例（%年投料量222.2100.0其中：A.可回收的几何废料和工艺废品633.328.5B.不可回收的金属损耗88.94.0C焊丝成品1500.067.5原材料的年用量及成本估算为了降低成本，两种焊丝

48、生产过程中产生的几何废料和工艺废品均作为返回熔铸工段的原材料（简称返料）全部利用。焊丝年产总量达到设计生产能力时两种焊丝各种原材料的年用量可按其各自的合金成分计算出来。以各种原材料的年用量，结合其市场价格，即可计算出新料的年成本；返料的年成本则按其一年产生的数量，以及单价为新料的90%进行计算。有关数据列于表8。表8 年产1500吨时原材料的年成本焊丝品种1号焊丝2号焊丝年产量（t）900600原材料总年用量（t）1333.3（新料 953.3，返量 381.0）888.9（新料 635.6，返料 253.3）新料 成本 计算原材料种类铝硅微量兀 素铝镁锰微量兀素使用比例（%94.805.00

49、合计0.2094.605.000.20合计0.20年用量（t）903.72847.6651.906601.27831.7801.2711.271单价（万元/t ）1.51.2平均473.91.53.753.0平均473.9年单项成本（万兀）1355.59257.198903.305901.917119.753.813602.325年总成本（万元）2316.371627.23返料 成本 计算新料平均成本（万兀/t）2.432.56返料单价（万元/t ）2.192.30返料年总成本（万元）831.01583.64新料、返料年总成本（万兀）3147.382210.87焊丝原材料年总成本（万兀）535

50、8.25注：表内微量元素指铬、锆、钛、钒、镧、铈、钪等。（2）辅助材料成本估算焊丝生产过程耗用的辅助材料主要是熔炼时用的精炼剂和拉伸时用的润滑油。 常用的精炼剂是 携带着固态粉末状精炼剂的纯净氮气， 常用的润滑剂则是含有添加剂的变压器油。 焊丝年产量达到 设计生产能力1500吨时辅助材料的年成本估算数据列于表 9。表9 年产1500吨焊丝时辅助材料的年成本辅助材料种类铝合金熔体精炼剂铝合金拉伸润滑剂单位焊丝消耗量（kg/t ）1220年消耗量（t）1830单价（万元/t ）1.51.0单项年成本（万兀）2730总年成本（万兀）57（3）燃料动力成本估算1600KW其中，感焊丝生产过程基本上不消

51、耗燃料。消耗的动力主要是电和水。总电功率为应电炉1200KW其他设备合计400KW全部设备实行两班工作制，每年300个工作日，每个工作日一班的有效工作时间为：感应电炉8h,其他设备7h。电价为0.54元/kwh。根据上述数据，焊丝年产量达到设计生产能力1500吨时的用电年成本可估算如下：-4_ _.(1200 X 8) + (200X 7) X 2X 300 X 0.54 X 10 =401.76 万兀生产用水主要是感应电炉和铸造机工作时的冷却水，在焊丝年产量达到设计生产能力1500吨时，按循环水复用率 90%十算，新水消耗量平均为20mi/d ;消防用水和生活用水合计亦为20mi/d。水价为

52、1.00元/m3。根据这些数据，焊丝年产量达到设计生产能力1500吨时的用水年成本可估算如下：(20X 20)X 300X 1.00 X 10-4=1.2 万元综合上述计算结果，本项目动力年成本为402.96万元。(4) 直接生产人员工资及福利费估算承担本项目技术开发工作及生产过程技术管理的技术人员10名，以及生产操作人员和机械电气维修人员50名，属于直接生产人员。福利费按工资总额的14%取，工资及福利费的估算列入表10。表10直接生产工员工资及福利费用职工类别人 数平均工资 (万兀/人年)福利费 (万兀/人年)工资、福利费 合计(万兀/年)工资、福利费 总额(万元/年)技术人员101.440

53、.2016.4071.40操作人员及维 修人员500.960.1455.00(5)制造费用固定资产原值考虑到原有固定资产的价值按新增固定资产的1.5倍估算，为2940万元；采用直线法进行折旧，综合折旧年限取15年，年折旧率为6.67%;清理费用与固定资产余值大致相等，故不计固定资产余值。因此，从本项目开始建设的第2个年度起，年折旧费为：2940X 6.67%=196.1 万元。每年的修理费，从本项目开始建设的第2个年度起，按固定资产原值的1%提取，即为：2940X 1%=29.4 万元。制造费用的其余部分，包括劳动保护费用、办公费、差旅费等，每年按固定资产原值的3%提取，即为：2940 X 3%=88.2万元。(6)技术开发费用在本项目开始建设的第 1个年度里，安装、调试好了各种生产设备和检测仪器，具备了进行技术开发工作的条件，因此，在第2个年度里将技术开发费用400万元全部投入使用。（7）未来五年的生产成本估算本项目的第1个年度是建设期，不具备生产条件；第2个、第3个年度属于投产期，由于生产、 销售条件尚处于逐步完善过程中，预计年产量分别达到设计生产能力的30%和70%从第4个年度开始的以后各年度，年产量均达到设计生产能力。 各年度生产成本中的变动成本相应于当年的产量， 固定成本则基本上与产量无关。本项目最初五年的生产成本估算数据列入表11