吳自龍

摘 要：隨著海外出口客車量的增加，海外車輛對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、車身設計結(jié)構(gòu)、車身制造工藝難點和控制。

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，目前進行客車車身制造應用的材料有鋁合金、碳鋼、不銹鋼材料等材質(zhì)。其中不銹鋼材料具有高強度、耐腐蝕、質(zhì)感好等特性，被廣泛應用于車輛行業(yè)，成為車體結(jié)構(gòu)的主要材料。相對其他材質(zhì)的車輛，不銹鋼車體可輕量化、低維修、可實現(xiàn)無涂裝工藝有利于環(huán)保等特點[1]?？蛙噷嶋H使用壽命大約為十年，客車地板以及墻板容易遭受腐蝕，對于出現(xiàn)腐蝕的區(qū)域需對其實施挖補處理，處理時需將內(nèi)部裝飾拆除，在此情況下會使維修時間延長，也對車身有所破壞，進而使鋼結(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具有耐高應力，焊接性好，輥軋成形性、沖壓性等加工性能良好的特點。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，其抗拉強度>515MP，拉伸率>40%，硬度≤201HBW，具有良好的機械加工效果，同時其成分中含有18%以上的鉻和8%以上的鎳含量，具有較好的耐腐蝕性。為了使車身在強度上有所提高，進行骨架焊接時可以使用混合氣保護焊接，這種焊接方式為電弧焊，并不是傳統(tǒng)不銹鋼車身中運用的變形小點焊方式，因此這一方式在使用時，可能會出現(xiàn)較大變形量，并且變形問題較難控制。經(jīng)焊接工藝驗證，我司不銹鋼車身采用MIG焊，焊接保護氣體選擇98%氬氣+2%氧氣的混合氣體，焊接質(zhì)量良好。

2 客車不銹鋼車身設計結(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行焊接連接。

車身上部結(jié)構(gòu)設計應具有足夠的強度和剛度，以確保在整車側(cè)翻試驗中和側(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)翻試驗驗證，為提高車輛的抗側(cè)翻性能，設計時需保證整車力傳遞的連續(xù)性，從而使側(cè)翻時整車受到的沖擊量能可以通過骨架的各個桿件有效、流暢地分散到車身各個受力部件上。整體結(jié)構(gòu)上，采用“封閉環(huán)”設計。具體設計為頂蓋主弧桿、側(cè)窗立柱、地板貫通梁三者需保證對齊，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，結(jié)合CAE仿真分析及側(cè)翻試驗驗證，對側(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。因此設計選材時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組焊完成后，用合裝臺進行五大片骨架總成拼裝，同時焊接地板骨架。

五大片骨架總成分別在單獨的工裝上進行組焊，由于部件多，結(jié)構(gòu)復雜，要求嚴格控制零部件的下料尺寸精度，同時采用合適的焊接工藝參數(shù)進行組焊。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分析

客車車身在制造過程中，傳統(tǒng)模式下會使用普通弧焊接方式，這種方式容易導致煙塵出現(xiàn)，煙塵在難以及時排出的情況下會對人體健康產(chǎn)生的影響，并且也會使環(huán)境出現(xiàn)嚴重污染問題，導致周邊空氣較差。不銹鋼制造工藝主要是運用MIG焊技術(shù)，不會有較多光污染、有害氣體產(chǎn)生，能夠?qū)⒑附訜焿m量減少，進而使環(huán)境污染問題得以減輕[3]。因此在客車在進行車身制造時，應加強對不銹鋼的運用，保證車身制造整體效果，但是在實際運用過程中存在工藝難點，其中主要包括這幾方面：首先，控制側(cè)圍車身撓度時存在的問題。就車身當中的組成撓度來講，就根據(jù)實際情況進行細致設計，這主要是由于側(cè)圍骨架當中的組成窗口較為密集，會導致側(cè)圍出現(xiàn)整體剛度比較弱化的問題，同時側(cè)圍骨架和底部邊梁在垂向上存在錯位問題，不屬于同一立面，在此情況下，側(cè)圍骨架難以實現(xiàn)對底部框架變形的帶動，因此在進行車身制造過程中，對車身撓度進行控制屬于制造當中的難點問題[4]。其次，對側(cè)圍骨架平整度進行控制。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，墻板原材料會出現(xiàn)表面裸露凹凸不平的問題，而墻板表面實際狀態(tài)會對車輛視覺效果產(chǎn)生比較直接的影響。最后，控制車身斷面實際尺寸。就車身當中的斷面尺寸來講，會對客車當中的內(nèi)飾組裝件實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。

5 不銹鋼客車的車身制造工藝難點控制

5.1 車身撓度的控制

就車身撓度來講，依據(jù)以往制造經(jīng)驗，在進行車身組裝時，需對反變形進行安裝，預制為15mm，使用水準儀對支撐面實際高度差進行精確測量，針對支撐面上部進行邊梁緊壓的設置，確保支撐面和底架之間處于密貼狀態(tài)。在對側(cè)圍撓度進行控制時，需保證車身在進行組裝時側(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)面墻骨架進行組焊時，使用預制反變形的方式，撓度值最好處于11mm-14mm之間[5]。對于側(cè)圍來講，其在窗口上比較密集，在此情況下，剛度整體會比較弱化，并且側(cè)圍和底架邊梁會出現(xiàn)垂向錯位等問題，不處于同一立面當中，側(cè)圍難以發(fā)揮帶動作用使底架出現(xiàn)變形。因此在進行車身制造過程中，需對車頂組成、底架組成進行撓度的預制，其中底部撓度的預制十分重要，在此過程中，針對車頂組成、底架組成可以制定的兩種撓度方案：1.車頂組焊、底架組焊工藝當中，注重預制反變形的實施。2.車頂以及底架在經(jīng)過校驗之后，對撓度進行調(diào)修。

5.2 側(cè)圍平整度控制

側(cè)圍板處于自由狀態(tài)時，在內(nèi)應力釋放的影響下，會出現(xiàn)變形問題，為了方便組裝，并且將焊接時的變形問題減少，在進行焊接過程中，方式上可以運用液壓拉漲，使側(cè)圍板拉漲到一個平面中，內(nèi)應力得以有效消除，并且側(cè)圍板整體平整程度加強。具體實施時，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，將薄板與鋼骨架之間進行焊接，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整體的情況下，鋼骨架會對薄板收縮被限制，薄板中僅存殘余拉應力，能夠使焊接縫區(qū)在收縮時產(chǎn)生壓縮應力，防止薄板出現(xiàn)變形問題[6]。同時，在焊接之前開展裝配工作，對反方向變形量進行預置，能夠?qū)崿F(xiàn)對焊接變形問題抵消，可以將這種方式稱之為反變形，在此過程中，也需對焊接順序進行優(yōu)化，實踐中比較有效的方式為通過合理裝配以及焊接程序科學將變形減少，在裝配順序、焊接順序不夠合理的情況下會導致焊縫變形。因此在進行焊接時，存在對稱焊縫的情況下，可以運用對稱焊接方式，進而使焊縫造成的變形得以抵消。對于不對稱結(jié)構(gòu)來講，可以對焊縫少的那側(cè)進行優(yōu)先焊接。并且在焊接時，應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，可以運用剛性固定的方式，采用工裝設備進行剛性固定，將焊接時產(chǎn)生變形問題減少，但是在固定撤除之后，仍會有些許變形以及殘余應力[7]。側(cè)圍在進行組裝時，不可避免會有變形超差現(xiàn)象出現(xiàn)，在此情況下，可以運用這幾種方式解決：首先，火焰矯正。使用火焰進行加熱時會出現(xiàn)局部性的壓縮塑性變形問題，長金屬在冷卻之后會以縮短方式將變形消除，這種方式的使用機動靈活、方法簡單，并且有較廣適用面，優(yōu)勢明顯。其次，冷矯正。冷矯正也可以稱之為機械矯正，這種矯正方式與火焰矯正之間相對應，能夠?qū)崿F(xiàn)作硬化，對材料的塑性儲備進行消耗，但是對于塑性較差以及脆性材料并不適用，我司一般使用機械校正。

5.3 車身斷面的控制

車身斷面實際尺寸主要是受側(cè)圍、底架以及車頂這幾個部分的影響，由于對各部件之間的公差進行了累積，會導致制造過程中尺寸之間存在的關(guān)聯(lián)性便比較大，同時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，可以運用這幾種方式：首先，使用電子檢測尺進行測量，保證測量的精確性，對于高度方向和寬度方向?qū)嶋H指定位置進行撐桿與拉桿的設置，將整體強度與定位精度增加。其次，對于部件尺寸進行嚴格控制，在側(cè)圍以及車頂高度方向?qū)⒑附佑嗔苛舫?。再次，焊接過程中需對順序進行合理安排，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，可以運用火焰或者是局部機械進行調(diào)整。

6 結(jié)語

不銹鋼材質(zhì)在客車車身中的應用，解決了客車車身耐腐蝕的問題，對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計和制作工藝也不斷完善，進一步提高客車車輛的競爭力。

參考文獻：

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[4]韓曉輝，張志毅，李剛卿.激光焊接技術(shù)在不銹鋼軌道客車制造中的應用與展望[J].電焊機，2018，48（3）：1-8.

[5]姚鑫.試論軌道客車焊接制造工藝現(xiàn)狀及趨勢[J].中外交流，2019，26（29）：56-57.

[6]馮朝明.激光焊接技術(shù)在不銹鋼軌道客車制造中的實踐探析[J].中國科技投資，2019（11）：199.

[7]蒼松.某型號時速250 km的不銹鋼點焊車體鋼結(jié)構(gòu)強度分析[J]. 鐵路計算機應用， 2018，v.27;No.255（06）：40-42.