探讨客车不锈钢车身制造工艺

吴自龙

摘 要：随着海外出口客车量的增加，海外车辆对于客车车身防腐的要求也越来越高。不锈钢材料在客车车身上应用技术日益成熟，为满足海外客车的防腐要求，不锈钢做为客车车身材料的应用也越来越广泛。本文主要阐述客车不锈钢材质选择、车身设计结构、车身制造工艺难点和控制。

关键词：不锈钢 客车车身 制造工艺

随着客车制造技术不断发展，目前进行客车车身制造应用的材料有铝合金、碳钢、不锈钢材料等材质。其中不锈钢材料具有高强度、耐腐蚀、质感好等特性，被广泛应用于车辆行业，成为车体结构的主要材料。相对其他材质的车辆，不锈钢车体可轻量化、低维修、可实现无涂装工艺有利于环保等特点[1]。客车实际使用寿命大约为十年，客车地板以及墙板容易遭受腐蚀，对于出现腐蚀的区域需对其实施挖补处理，处理时需将内部装饰拆除，在此情况下会使维修时间延长，也对车身有所破坏，进而使钢结构出现变形问题，损坏客车结构，不锈钢车身的特质会使上述问题得到改善

1 客车车身不锈钢材质选择

不锈钢车身的材料应具有耐高应力，焊接性好，辊轧成形性、冲压性等加工性能良好的特点。我司选用的不锈钢材质为304不锈钢。304不锈钢是奥氏体系不锈钢，其抗拉强度>515MP，拉伸率>40%，硬度≤201HBW，具有良好的机械加工效果，同时其成分中含有18%以上的铬和8%以上的镍含量，具有较好的耐腐蚀性。为了使车身在强度上有所提高，进行骨架焊接时可以使用混合气保护焊接，这种焊接方式为电弧焊，并不是传统不锈钢车身中运用的变形小点焊方式，因此这一方式在使用时，可能会出现较大变形量，并且变形问题较难控制。经焊接工艺验证，我司不锈钢车身采用MIG焊，焊接保護气体选择98%氩气+2%氧气的混合气体，焊接质量良好。

2 客车不锈钢车身设计结构

我司不锈钢车身同碳钢车身一样，车身主要由顶盖骨架、左右侧围骨架、前围骨架、后围骨架和地板骨架拼焊而成，然后再与三类底盘进行焊接连接。

车身上部结构设计应具有足够的强度和刚度，以确保在整车侧翻试验中和侧翻后生存空间没有受到侵入。根据近几年来的CAE 仿真分析及侧翻试验验证，为提高车辆的抗侧翻性能，设计时需保证整车力传递的连续性，从而使侧翻时整车受到的冲击量能可以通过骨架的各个杆件有效、流畅地分散到车身各个受力部件上。整体结构上，采用“封闭环”设计。具体设计为顶盖主弧杆、侧窗立柱、地板贯通梁三者需保证对齐，从而形成“封闭环”结构。

根据我司公路车整车骨架的结构特点，结合CAE仿真分析及侧翻试验验证，对侧翻安全有较大影响的关键部件有：顶盖主弧杆、顶盖边纵梁、侧窗立柱、侧围腰梁、地板贯通梁和前后围重要弧杆等。因此设计选材时顶盖主要受力弧杆和侧窗立柱优先选用50*50*3.0规格的不锈钢管材，地板贯通梁、侧围腰粱、顶盖边纵梁和前后围重要弧杆优先采用50*50*2.0规格的不锈钢管材[2]。

3 客车不锈钢车身制造工艺

不锈钢车身骨架分为五大片骨架总成，即顶盖骨架总成、左右侧围骨架总成、前围骨架总成和后围骨架总成。五大片骨架总成单独组焊完成后，用合装台进行五大片骨架总成拼装，同时焊接地板骨架。

五大片骨架总成分别在单独的工装上进行组焊，由于部件多，结构复杂，要求严格控制零部件的下料尺寸精度，同时采用合适的焊接工艺参数进行组焊。顶盖骨架总成和地板骨架结构都为横、纵梁组成，所有骨架全部采用MIG焊。

4 客车不锈钢车身制造工艺难点分析

客车车身在制造过程中，传统模式下会使用普通弧焊接方式，这种方式容易导致烟尘出现，烟尘在难以及时排出的情况下会对人体健康产生的影响，并且也会使环境出现严重污染问题，导致周边空气较差。不锈钢制造工艺主要是运用MIG焊技术，不会有较多光污染、有害气体产生，能够将焊接烟尘量减少，进而使环境污染问题得以减轻[3]。因此在客车在进行车身制造时，应加强对不锈钢的运用，保证车身制造整体效果，但是在实际运用过程中存在工艺难点，其中主要包括这几方面：首先，控制侧围车身挠度时存在的问题。就车身当中的组成挠度来讲，就根据实际情况进行细致设计，这主要是由于侧围骨架当中的组成窗口较为密集，会导致侧围出现整体刚度比较弱化的问题，同时侧围骨架和底部边梁在垂向上存在错位问题，不属于同一立面，在此情况下，侧围骨架难以实现对底部框架变形的带动，因此在进行车身制造过程中，对车身挠度进行控制属于制造当中的难点问题[4]。其次，对侧围骨架平整度进行控制。侧围骨架中门口平面度与车门安装和调试之间的联系比较紧密，在不锈钢车身在未做涂装的情况下，墙板原材料会出现表面裸露凹凸不平的问题，而墙板表面实际状态会对车辆视觉效果产生比较直接的影响。最后，控制车身断面实际尺寸。就车身当中的断面尺寸来讲，会对客车当中的内饰组装件实际安装精度有所影响，因此控制断面尺寸也属于制造工艺中的难点。

5 不锈钢客车的车身制造工艺难点控制

5.1 车身挠度的控制

就车身挠度来讲，依据以往制造经验，在进行车身组装时，需对反变形进行安装，预制为15mm，使用水准仪对支撑面实际高度差进行精确测量，针对支撑面上部进行边梁紧压的设置，确保支撑面和底架之间处于密贴状态。在对侧围挠度进行控制时，需保证车身在进行组装时侧围和底架装配之间在间隙上比较均匀，在挠度值需在的侧面墙骨架进行组焊时，使用预制反变形的方式，挠度值最好处于11mm-14mm之间[5]。对于侧围来讲，其在窗口上比较密集，在此情况下，刚度整体会比较弱化，并且侧围和底架边梁会出现垂向错位等问题，不处于同一立面当中，侧围难以发挥带动作用使底架出现变形。因此在进行车身制造过程中，需对车顶组成、底架组成进行挠度的预制，其中底部挠度的预制十分重要，在此过程中，针对车顶组成、底架组成可以制定的两种挠度方案：1.车顶组焊、底架组焊工艺当中，注重预制反变形的实施。2.车顶以及底架在经过校验之后，对挠度进行调修。

5.2 侧围平整度控制

侧围板处于自由状态时，在内应力释放的影响下，会出现变形问题，为了方便组装，并且将焊接时的变形问题减少，在进行焊接过程中，方式上可以运用液压拉涨，使侧围板拉涨到一个平面中，内应力得以有效消除，并且侧围板整体平整程度加强。具体实施时，焊接之前需给与薄板拉伸力，在薄板出现弹性拉伸情况时，将薄板与钢骨架之间进行焊接，焊接之后将薄板上出现的拉伸力解除。薄板与钢骨架成为一个整体的情况下，钢骨架会对薄板收缩被限制，薄板中仅存残余拉应力，能够使焊接缝区在收缩时产生压缩应力，防止薄板出现变形问题[6]。同时，在焊接之前开展装配工作，对反方向变形量进行预置，能够实现对焊接变形问题抵消，可以将这种方式称之为反变形，在此过程中，也需对焊接顺序进行优化，实践中比较有效的方式为通过合理装配以及焊接程序科学将变形减少，在装配顺序、焊接顺序不够合理的情况下会导致焊缝变形。因此在进行焊接时，存在对称焊缝的情况下，可以运用对称焊接方式，进而使焊缝造成的变形得以抵消。对于不对称结构来讲，可以对焊缝少的那侧进行优先焊接。并且在焊接时，应保证焊接顺序合理性，将焊接中产生的变形问题减少。除此之外，可以运用刚性固定的方式，采用工装设备进行刚性固定，将焊接时产生变形问题减少，但是在固定撤除之后，仍会有些许变形以及残余应力[7]。侧围在进行组装时，不可避免会有变形超差现象出现，在此情况下，可以运用这几种方式解决：首先，火焰矫正。使用火焰进行加热时会出现局部性的压缩塑性变形问题，长金属在冷却之后会以缩短方式将变形消除，这种方式的使用机动灵活、方法简单，并且有较广适用面，优势明显。其次，冷矫正。冷矫正也可以称之为机械矫正，这种矫正方式与火焰矫正之间相对应，能够实现作硬化，对材料的塑性储备进行消耗，但是对于塑性較差以及脆性材料并不适用，我司一般使用机械校正。

5.3 车身断面的控制

车身断面实际尺寸主要是受侧围、底架以及车顶这几个部分的影响，由于对各部件之间的公差进行了累积，会导致制造过程中尺寸之间存在的关联性便比较大，同时在车身正式组成之后，调修工作开展困难性比较大，为了使这一问题得到解决，可以运用这几种方式：首先，使用电子检测尺进行测量，保证测量的精确性，对于高度方向和宽度方向实际指定位置进行撑杆与拉杆的设置，将整体强度与定位精度增加。其次，对于部件尺寸进行严格控制，在侧围以及车顶高度方向将焊接余量留出。再次，焊接过程中需对顺序进行合理安排，将焊接过程中变形影响的减少。最后，车身制作接受之后如果尺寸较差，可以运用火焰或者是局部机械进行调整。

6 结语

不锈钢材质在客车车身中的应用，解决了客车车身耐腐蚀的问题，对海外出口车辆的防腐性能提升有重大意义。随着客车不锈钢车身的制造技术不断提升，客车不锈钢车身的设计和制作工艺也不断完善，进一步提高客车车辆的竞争力。

参考文献：

[1]冯朝明，周勇，郭帅.不锈钢客车车身制造工艺探析[J].机电信息，2019（20）：79-80.

[2]李希勇，姚明哲，郭会生， 等.基于欧洲标准不锈钢客车车身制造工艺[J].金属加工（冷加工），2017（1）：56-57.

[3]程艳艳.轨道客车车身焊接技术的发展[J].湖北农机化，2019（24）：60.

[4]韩晓辉，张志毅，李刚卿.激光焊接技术在不锈钢轨道客车制造中的应用与展望[J].电焊机，2018，48（3）：1-8.

[5]姚鑫.试论轨道客车焊接制造工艺现状及趋势[J].中外交流，2019，26（29）：56-57.

[6]冯朝明.激光焊接技术在不锈钢轨道客车制造中的实践探析[J].中国科技投资，2019（11）：199.

[7]苍松.某型号时速250 km的不锈钢点焊车体钢结构强度分析[J]. 铁路计算机应用， 2018，v.27;No.255（06）：40-42.