探討客車不銹鋼車身制造工藝

吳自龍

摘 要：隨著海外出口客車量的增加，海外車輛對(duì)于客車車身防腐的要求也越來越高。不銹鋼材料在客車車身上應(yīng)用技術(shù)日益成熟，為滿足海外客車的防腐要求，不銹鋼做為客車車身材料的應(yīng)用也越來越廣泛。本文主要闡述客車不銹鋼材質(zhì)選擇、車身設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、車身制造工藝難點(diǎn)和控制。

關(guān)鍵詞：不銹鋼 客車車身 制造工藝

隨著客車制造技術(shù)不斷發(fā)展，目前進(jìn)行客車車身制造應(yīng)用的材料有鋁合金、碳鋼、不銹鋼材料等材質(zhì)。其中不銹鋼材料具有高強(qiáng)度、耐腐蝕、質(zhì)感好等特性，被廣泛應(yīng)用于車輛行業(yè)，成為車體結(jié)構(gòu)的主要材料。相對(duì)其他材質(zhì)的車輛，不銹鋼車體可輕量化、低維修、可實(shí)現(xiàn)無涂裝工藝有利于環(huán)保等特點(diǎn)[1]?？蛙噷?shí)際使用壽命大約為十年，客車地板以及墻板容易遭受腐蝕，對(duì)于出現(xiàn)腐蝕的區(qū)域需對(duì)其實(shí)施挖補(bǔ)處理，處理時(shí)需將內(nèi)部裝飾拆除，在此情況下會(huì)使維修時(shí)間延長(zhǎng)，也對(duì)車身有所破壞，進(jìn)而使鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形問題，損壞客車結(jié)構(gòu)，不銹鋼車身的特質(zhì)會(huì)使上述問題得到改善

1 客車車身不銹鋼材質(zhì)選擇

不銹鋼車身的材料應(yīng)具有耐高應(yīng)力，焊接性好，輥軋成形性、沖壓性等加工性能良好的特點(diǎn)。我司選用的不銹鋼材質(zhì)為304不銹鋼。304不銹鋼是奧氏體系不銹鋼，其抗拉強(qiáng)度>515MP，拉伸率>40%，硬度≤201HBW，具有良好的機(jī)械加工效果，同時(shí)其成分中含有18%以上的鉻和8%以上的鎳含量，具有較好的耐腐蝕性。為了使車身在強(qiáng)度上有所提高，進(jìn)行骨架焊接時(shí)可以使用混合氣保護(hù)焊接，這種焊接方式為電弧焊，并不是傳統(tǒng)不銹鋼車身中運(yùn)用的變形小點(diǎn)焊方式，因此這一方式在使用時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)較大變形量，并且變形問題較難控制。經(jīng)焊接工藝驗(yàn)證，我司不銹鋼車身采用MIG焊，焊接保護(hù)氣體選擇98%氬氣+2%氧氣的混合氣體，焊接質(zhì)量良好。

2 客車不銹鋼車身設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

我司不銹鋼車身同碳鋼車身一樣，車身主要由頂蓋骨架、左右側(cè)圍骨架、前圍骨架、后圍骨架和地板骨架拼焊而成，然后再與三類底盤進(jìn)行焊接連接。

車身上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以確保在整車側(cè)翻試驗(yàn)中和側(cè)翻后生存空間沒有受到侵入。根據(jù)近幾年來的CAE 仿真分析及側(cè)翻試驗(yàn)驗(yàn)證，為提高車輛的抗側(cè)翻性能，設(shè)計(jì)時(shí)需保證整車力傳遞的連續(xù)性，從而使側(cè)翻時(shí)整車受到的沖擊量能可以通過骨架的各個(gè)桿件有效、流暢地分散到車身各個(gè)受力部件上。整體結(jié)構(gòu)上，采用“封閉環(huán)”設(shè)計(jì)。具體設(shè)計(jì)為頂蓋主弧桿、側(cè)窗立柱、地板貫通梁三者需保證對(duì)齊，從而形成“封閉環(huán)”結(jié)構(gòu)。

根據(jù)我司公路車整車骨架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合CAE仿真分析及側(cè)翻試驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)側(cè)翻安全有較大影響的關(guān)鍵部件有：頂蓋主弧桿、頂蓋邊縱梁、側(cè)窗立柱、側(cè)圍腰梁、地板貫通梁和前后圍重要弧桿等。因此設(shè)計(jì)選材時(shí)頂蓋主要受力弧桿和側(cè)窗立柱優(yōu)先選用50*50*3.0規(guī)格的不銹鋼管材，地板貫通梁、側(cè)圍腰粱、頂蓋邊縱梁和前后圍重要弧桿優(yōu)先采用50*50*2.0規(guī)格的不銹鋼管材[2]。

3 客車不銹鋼車身制造工藝

不銹鋼車身骨架分為五大片骨架總成，即頂蓋骨架總成、左右側(cè)圍骨架總成、前圍骨架總成和后圍骨架總成。五大片骨架總成單獨(dú)組焊完成后，用合裝臺(tái)進(jìn)行五大片骨架總成拼裝，同時(shí)焊接地板骨架。

五大片骨架總成分別在單獨(dú)的工裝上進(jìn)行組焊，由于部件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要求嚴(yán)格控制零部件的下料尺寸精度，同時(shí)采用合適的焊接工藝參數(shù)進(jìn)行組焊。頂蓋骨架總成和地板骨架結(jié)構(gòu)都為橫、縱梁組成，所有骨架全部采用MIG焊。

4 客車不銹鋼車身制造工藝難點(diǎn)分析

客車車身在制造過程中，傳統(tǒng)模式下會(huì)使用普通弧焊接方式，這種方式容易導(dǎo)致煙塵出現(xiàn)，煙塵在難以及時(shí)排出的情況下會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生的影響，并且也會(huì)使環(huán)境出現(xiàn)嚴(yán)重污染問題，導(dǎo)致周邊空氣較差。不銹鋼制造工藝主要是運(yùn)用MIG焊技術(shù)，不會(huì)有較多光污染、有害氣體產(chǎn)生，能夠?qū)⒑附訜焿m量減少，進(jìn)而使環(huán)境污染問題得以減輕[3]。因此在客車在進(jìn)行車身制造時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)不銹鋼的運(yùn)用，保證車身制造整體效果，但是在實(shí)際運(yùn)用過程中存在工藝難點(diǎn)，其中主要包括這幾方面：首先，控制側(cè)圍車身?yè)隙葧r(shí)存在的問題。就車身當(dāng)中的組成撓度來講，就根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行細(xì)致設(shè)計(jì)，這主要是由于側(cè)圍骨架當(dāng)中的組成窗口較為密集，會(huì)導(dǎo)致側(cè)圍出現(xiàn)整體剛度比較弱化的問題，同時(shí)側(cè)圍骨架和底部邊梁在垂向上存在錯(cuò)位問題，不屬于同一立面，在此情況下，側(cè)圍骨架難以實(shí)現(xiàn)對(duì)底部框架變形的帶動(dòng)，因此在進(jìn)行車身制造過程中，對(duì)車身?yè)隙冗M(jìn)行控制屬于制造當(dāng)中的難點(diǎn)問題[4]。其次，對(duì)側(cè)圍骨架平整度進(jìn)行控制。側(cè)圍骨架中門口平面度與車門安裝和調(diào)試之間的聯(lián)系比較緊密，在不銹鋼車身在未做涂裝的情況下，墻板原材料會(huì)出現(xiàn)表面裸露凹凸不平的問題，而墻板表面實(shí)際狀態(tài)會(huì)對(duì)車輛視覺效果產(chǎn)生比較直接的影響。最后，控制車身斷面實(shí)際尺寸。就車身當(dāng)中的斷面尺寸來講，會(huì)對(duì)客車當(dāng)中的內(nèi)飾組裝件實(shí)際安裝精度有所影響，因此控制斷面尺寸也屬于制造工藝中的難點(diǎn)。

5 不銹鋼客車的車身制造工藝難點(diǎn)控制

5.1 車身?yè)隙鹊目刂?/p>

就車身?yè)隙葋碇v，依據(jù)以往制造經(jīng)驗(yàn)，在進(jìn)行車身組裝時(shí)，需對(duì)反變形進(jìn)行安裝，預(yù)制為15mm，使用水準(zhǔn)儀對(duì)支撐面實(shí)際高度差進(jìn)行精確測(cè)量，針對(duì)支撐面上部進(jìn)行邊梁緊壓的設(shè)置，確保支撐面和底架之間處于密貼狀態(tài)。在對(duì)側(cè)圍撓度進(jìn)行控制時(shí)，需保證車身在進(jìn)行組裝時(shí)側(cè)圍和底架裝配之間在間隙上比較均勻，在撓度值需在的側(cè)面墻骨架進(jìn)行組焊時(shí)，使用預(yù)制反變形的方式，撓度值最好處于11mm-14mm之間[5]。對(duì)于側(cè)圍來講，其在窗口上比較密集，在此情況下，剛度整體會(huì)比較弱化，并且側(cè)圍和底架邊梁會(huì)出現(xiàn)垂向錯(cuò)位等問題，不處于同一立面當(dāng)中，側(cè)圍難以發(fā)揮帶動(dòng)作用使底架出現(xiàn)變形。因此在進(jìn)行車身制造過程中，需對(duì)車頂組成、底架組成進(jìn)行撓度的預(yù)制，其中底部撓度的預(yù)制十分重要，在此過程中，針對(duì)車頂組成、底架組成可以制定的兩種撓度方案：1.車頂組焊、底架組焊工藝當(dāng)中，注重預(yù)制反變形的實(shí)施。2.車頂以及底架在經(jīng)過校驗(yàn)之后，對(duì)撓度進(jìn)行調(diào)修。

5.2 側(cè)圍平整度控制

側(cè)圍板處于自由狀態(tài)時(shí)，在內(nèi)應(yīng)力釋放的影響下，會(huì)出現(xiàn)變形問題，為了方便組裝，并且將焊接時(shí)的變形問題減少，在進(jìn)行焊接過程中，方式上可以運(yùn)用液壓拉漲，使側(cè)圍板拉漲到一個(gè)平面中，內(nèi)應(yīng)力得以有效消除，并且側(cè)圍板整體平整程度加強(qiáng)。具體實(shí)施時(shí)，焊接之前需給與薄板拉伸力，在薄板出現(xiàn)彈性拉伸情況時(shí)，將薄板與鋼骨架之間進(jìn)行焊接，焊接之后將薄板上出現(xiàn)的拉伸力解除。薄板與鋼骨架成為一個(gè)整體的情況下，鋼骨架會(huì)對(duì)薄板收縮被限制，薄板中僅存殘余拉應(yīng)力，能夠使焊接縫區(qū)在收縮時(shí)產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，防止薄板出現(xiàn)變形問題[6]。同時(shí)，在焊接之前開展裝配工作，對(duì)反方向變形量進(jìn)行預(yù)置，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)焊接變形問題抵消，可以將這種方式稱之為反變形，在此過程中，也需對(duì)焊接順序進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)踐中比較有效的方式為通過合理裝配以及焊接程序科學(xué)將變形減少，在裝配順序、焊接順序不夠合理的情況下會(huì)導(dǎo)致焊縫變形。因此在進(jìn)行焊接時(shí)，存在對(duì)稱焊縫的情況下，可以運(yùn)用對(duì)稱焊接方式，進(jìn)而使焊縫造成的變形得以抵消。對(duì)于不對(duì)稱結(jié)構(gòu)來講，可以對(duì)焊縫少的那側(cè)進(jìn)行優(yōu)先焊接。并且在焊接時(shí)，應(yīng)保證焊接順序合理性，將焊接中產(chǎn)生的變形問題減少。除此之外，可以運(yùn)用剛性固定的方式，采用工裝設(shè)備進(jìn)行剛性固定，將焊接時(shí)產(chǎn)生變形問題減少，但是在固定撤除之后，仍會(huì)有些許變形以及殘余應(yīng)力[7]。側(cè)圍在進(jìn)行組裝時(shí)，不可避免會(huì)有變形超差現(xiàn)象出現(xiàn)，在此情況下，可以運(yùn)用這幾種方式解決：首先，火焰矯正。使用火焰進(jìn)行加熱時(shí)會(huì)出現(xiàn)局部性的壓縮塑性變形問題，長(zhǎng)金屬在冷卻之后會(huì)以縮短方式將變形消除，這種方式的使用機(jī)動(dòng)靈活、方法簡(jiǎn)單，并且有較廣適用面，優(yōu)勢(shì)明顯。其次，冷矯正。冷矯正也可以稱之為機(jī)械矯正，這種矯正方式與火焰矯正之間相對(duì)應(yīng)，能夠?qū)崿F(xiàn)作硬化，對(duì)材料的塑性儲(chǔ)備進(jìn)行消耗，但是對(duì)于塑性較差以及脆性材料并不適用，我司一般使用機(jī)械校正。

5.3 車身斷面的控制

車身斷面實(shí)際尺寸主要是受側(cè)圍、底架以及車頂這幾個(gè)部分的影響，由于對(duì)各部件之間的公差進(jìn)行了累積，會(huì)導(dǎo)致制造過程中尺寸之間存在的關(guān)聯(lián)性便比較大，同時(shí)在車身正式組成之后，調(diào)修工作開展困難性比較大，為了使這一問題得到解決，可以運(yùn)用這幾種方式：首先，使用電子檢測(cè)尺進(jìn)行測(cè)量，保證測(cè)量的精確性，對(duì)于高度方向和寬度方向?qū)嶋H指定位置進(jìn)行撐桿與拉桿的設(shè)置，將整體強(qiáng)度與定位精度增加。其次，對(duì)于部件尺寸進(jìn)行嚴(yán)格控制，在側(cè)圍以及車頂高度方向?qū)⒑附佑嗔苛舫觥Ｔ俅?，焊接過程中需對(duì)順序進(jìn)行合理安排，將焊接過程中變形影響的減少。最后，車身制作接受之后如果尺寸較差，可以運(yùn)用火焰或者是局部機(jī)械進(jìn)行調(diào)整。

6 結(jié)語(yǔ)

不銹鋼材質(zhì)在客車車身中的應(yīng)用，解決了客車車身耐腐蝕的問題，對(duì)海外出口車輛的防腐性能提升有重大意義。隨著客車不銹鋼車身的制造技術(shù)不斷提升，客車不銹鋼車身的設(shè)計(jì)和制作工藝也不斷完善，進(jìn)一步提高客車車輛的競(jìng)爭(zhēng)力。

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