大型客車車身結構及焊裝工藝分析

來自專欄汽車車身焊接8 人贊了文章

大型客車車身焊裝是大型客車生產中的一個重要環節，車身焊裝質量是影響大型客車整體質量優劣的重要因素之一。

針對大型客車車身結構特點及其工藝性，在本文中將重點分析焊裝工藝、設備、夾具的特點，總結我國大型客車車身焊裝生產現狀及與國際水平的差距，希望通過我們共同的努力，能不斷改進國產大型客車車身焊裝生產工藝，提高車身焊裝質量。

大型客車車身結構特點

大型客車車身是由底骨架、左/右側圍骨架、前/後圍骨架及頂圍骨架等6大片骨架經組焊蒙皮而成，是一骨架蒙皮結構。根據客車車身承受載荷程度的不同，可把客車車身概括地分為半承載、非承載、全承載式三種類型。

1、半承載式車身

半承載式車身結構特徵是車身底架與底盤車架合為一體。通過在底盤車架上焊接牛腿、縱橫樑等車身底架構件，將底盤車架與車身底架進行焊接連接，然後與左/右側骨架、前/後圍骨架及頂骨架組焊成車身六面體。車身底架與底盤車架共同承載，因此稱為半承載式車身。

2、非承載式車身

非承載式車身的底架為獨立焊制的，是矩形鋼管和型鋼焊制的平面體結構，比較單薄。車身底架與左/右側骨架、前/後圍骨架及頂骨架組焊成車身六面體，漆後的車身要裝配到三類底盤上，由底盤車架承載，因此稱為非承載式車身。

3、全承載式車身

全承載式車身底架為珩架結構，由矩形鋼管和型鋼焊制而成，底架與左/右側骨架、前/後圍骨架及頂骨架共同組焊成車身六面體。漆後的車身採用類似轎車的裝配工藝，在車身（底架）上裝配發動機、前後橋、傳動系等底盤部件，因此客車已無底盤車架痕迹，完全由車身承載，因此稱為承載式車身。

三種結構車身的焊裝工藝性

1、半承載式車身

半承載式車身是在三類底盤上焊制的，生產中底盤自始至終要經過生產的各個環節，因此在焊裝生產中也產生一些工藝問題。如：由於底盤大大增加了車身質量，使車身在焊裝線工序運輸中不靈便，人工推運困難，往往需要增加機械化輸送機構；此外，由於車身六面體合焊時需要在合裝設備中定位底盤，為此合裝設備需要設計底盤舉升機構用於底盤二次定位，因此增加了合裝設備造價。目前，國內只有少數小型客車廠或某些客車廠的少量車型因生產技術和生產能力所限仍沿用這種工藝。

2、非承載式車身

非承載式車身在焊裝生產中不帶底盤，車身結構相對簡單，易組焊且重量輕，焊裝線工序運輸方便，可採用人工推運方式。而且，車身底架平整的下平面易於車身六面體組焊定位，不需要舉升二次定位，生產效率高。非承載式結構車身適合大批量生產，目前，國內大型客車廠採用這種生產工藝較多。

3、全承載式車身

全承載式車身的底架是由矩形鋼管和型鋼焊接的格柵式空間結構，與半承載和非承載車身底架比較，其焊接工作量大，底架夾具結構複雜。此外，行李倉內板、倉門的製作和焊接研配的工作量均較大。但其具有整體剛度好，車身承載程度高、構件受力較均衡、重心低、便於在地板下布置行李倉和空調裝置的特點。

從技術角度看，全承載式車身結構是比較理想的結構形式。西方工業發達國家早在上世紀30年代就開始研製了這種結構車身，現在已很普及。而我國在這方面起步較晚，在上世紀90年代中末期才開始引進這種車身技術，目前主要用於豪華大型客車的生產上。

車身焊裝工藝分析

1、六大片骨架預製

□?前/後圍骨架、左/右側骨架總成

前/後圍骨架、左/右側骨架是由各種矩形鋼管和型鋼焊制的，採用弧焊工藝。國內客車廠通常採用半自動CO2焊機焊接，國外先進的客車廠在部分分裝工序採用弧焊機器人 焊接。

左/右側骨架可採用」人」字形立式夾具，也可採用卧式固定夾具。不同的夾具各具特點，立式夾具節省擺放面積，但需配置電動升降台或踏台; 卧式夾具佔用面積較多，操作相對簡單。前圍骨架總成結構較複雜，一般為駕駛室式空間結構，其夾具為固定式。

在焊裝夾具製造水平方面，國內外尚存在一定差距。國外夾具製造精度高，通常採用氣動或液壓夾具，焊後總成尺寸精度高，調整工作量小；而國內大多數客車廠為節省投資，夾具製造精度較低，大多採用靠模（塊）式，配以少量手動夾緊器，焊後總成尺寸精度較差，調整工作量大。

此外，國內客車廠一般採用將各構件在總拼夾具中一次焊接成型的焊裝工藝，而國外一般把大總成分解為幾個分總成事先預製好，再在總拼夾具中組焊。與國內工藝相比，國外工藝可縮短生產節拍，提高焊裝質量，而且操作方便。

□頂圍總成

為實現頂蒙皮低位作業，將頂骨架與頂蒙皮的焊接在車身組焊前進行。即形成頂圍總成後再進行六大片骨架合裝。

由於頂圍骨架具有較大的空間曲線，一般採用卧式固定夾具。頂蒙皮與頂骨架之間的聯結可採用拉鉚、CO2弧焊、電阻點焊 等幾種形式。

拉鉚是客車蒙皮最早採用的裝配工藝，該工藝勞動強度大，生產效率低。目前僅用於產量較小、車身外觀質量要求不高的客車蒙皮生產。

目前，我國客車車身製造採用的材料大多是表面無鍍層的低炭鋼板和鋼管。由於客車產量所限，考慮塗裝生產的經濟性，許多客車廠車身總成進行整體前處理難以實現。為提高車身防腐性能，骨架構件和蒙皮件焊前需經磷化處理噴塗底漆，而採用的大多為廉價的導電性差的環氧類底漆。由於環氧類底漆層的存在，採用電阻點焊工藝難以形成牢固的焊點。CO2弧焊工藝則能穿透工件表面導電性差的底漆層牢固焊接，因此這種工藝適用於蒙皮與骨架焊前塗有環氧類底漆的車身蒙皮焊裝。其缺點是弧焊破壞底漆層的範圍及焊接變形相對較大，頂圍防腐蝕性能及外觀質量均不如電阻焊工藝; 此外，由於底漆層的存在, 焊接時產生更多的焊煙。

國外先進的客車廠大多採用鍍鋅鋼板和鋼管焊制車身。因此，骨架構件和蒙皮件在焊接前不進行前處理，焊後在焊縫區塗磷化液 (有些廠進行骨架整體噴磷處理)，然後噴塗底漆。底漆後進行車身蒙皮。由於國外採用的是導電性良好的富鋅底漆，因此，其客車蒙皮均採用電阻點焊工藝。電阻點焊工藝在許多方面優於CO2弧焊工藝，其對工件表面的塗層破壞小、焊接變形小、勞動條件好、生產效率高。

目前，在國內客車製造業中，由於價格方面的原因，鍍鋅鋼板和鋼管以及富鋅底漆用的不很普及，僅在少數客車廠的引進豪華車型中獲得應用。個別大型客車廠採用無鍍層的普通鋼板和鋼管焊制車身，為在車身蒙皮工序中採用電阻點焊工藝並提高車身防腐性能，採用車身焊後整體電泳前處理的工藝方法，這種方法由於塗裝設備投資及生產運行費用太大，絕大多數客車廠難以採用。還有部分客車廠採用傳統的車身製造工藝，即骨架和蒙皮件在零件狀態下進行磷化處理噴塗底漆，車身蒙皮前在骨架和蒙皮貼合處進行局部拋磨，去除底漆後再進行電阻點焊的方法，但這種方法勞動強度大, 生產效率低，在客車行業也難以推廣。

採用鍍鋅鋼板和鋼管焊制客車車身，不但方便蒙皮採用電阻點焊工藝，而且可以顯著提高車身防腐蝕性能，代表著客車車身製造材料的發展方向。隨著國內經濟的發展，鋼材及塗料生產技術的進步, 鍍鋅鋼板和鋼管以及富鋅底漆在客車生產中的應用也將會越來越普及。

國內頂蒙皮電阻點焊設備水平已與國外持平。根據客車產量的不同，可採用手動點焊和自動點焊兩種形式。

手動點焊採用懸掛式單面單點焊機 或單面雙點焊機。單面單點焊比單面雙點焊工藝優越，其焊接電流分流小，不易形成虛焊點。自動點焊採用頂蒙皮自動點焊專機，該專機由張緊機構、行走式龍門架和固定在龍門架上的點焊機組成。

頂圍漏雨也是困擾客車生產的主要問題之一。生產中一般採用在頂蓋邊蒙皮和中蒙皮的搭接處焊後塗密封膠的方法，但不能從根本上解決漏雨問題。由於此種工藝投資少，在中小型客車廠仍然採用。

早在20世紀80年代初，國外先進的客車廠就將縫焊技術應用於頂蒙皮焊接，採用縫焊工藝將車頂三條縱向蒙皮焊成一個完整的蒙皮後, 再點焊到頂骨架上，從而徹底杜絕了頂圍漏雨問題。20世紀90年代以來國內開發研製的頂蒙皮自動縫焊機在國內客車廠獲得了應用。該設備由移動式工作台和安裝縫焊機的固定式龍門架組成，設備工作時，工件隨著工作台漸進移動，龍門架上的兩台縫焊機同時完成兩條縱縫的焊接。由於該設備投資較大，一般僅應用於少數大型客車廠。

在頂蒙皮上開天窗孔是頂圍生產中的又一生產環節。國外一些客車廠採用活動式沖孔模衝天窗孔。用手電筒鑽在要開天窗孔的蒙皮處鑽一小孔, 將上模放在頂蒙皮上方, 下模放在下方, 再將油缸活塞桿穿過中心孔把上下模連結起來, 開通高壓油, 上下模合攏衝出天窗孔。這種方法生產效率高, 衝出的天窗孔周邊平整光滑, 質量好。目前，國內客車廠仍採用在頂蒙皮上劃線，然後用空氣等離子切割機切割或用剪刀剪切方法形成天窗孔。這種方法形成的窗孔尺寸精度差, 切剪後修邊工作量大, 生產效率低。在此方面國內外尚存在一定差距。

□底骨架總成

半承載、非承載、全承載式車身的區別主要在於底骨架的結構不同。

半承載式車身底架為改制的底盤車架, 是通過在車架縱樑上焊制牛腿、縱橫樑等構件形成底架。由於底盤形狀複雜，不便採用夾具，一般採用直尺和角尺劃線，用各種支架輔助定位。焊後精度較差、調整工作量大。

非承載式車身底架結構較簡單，是由各種矩形鋼管和型鋼焊制的平片式結構。可採用翻轉夾具或卧式固定夾具焊接。翻轉夾具焊接操作方便、節省面積，而且由於是在夾具中完成正反面焊接，因此焊接變形小，但夾具的製造費用較高。

全承載式車身底架為格柵式空間結構，夾具均採用固定式。為保證與左/右側骨架的裝配精度，焊後底架眾多的端頭需要有準確的裝配尺寸。生產中採用兩種辦法加以保證：一種是提高零件下料尺寸精度和焊裝夾具製造精度，焊後輔以少量的手工磨削，使之達到裝配精度要求；另一種是採用行走式自動切割機完成此項工藝。後一種方法生產效率高，但設備投資較大。

□車身六大片骨架組焊

車身六大片骨架組焊是客車車身焊裝生產中的關鍵工序。該工序不僅決定著客車車身六面體的裝配尺寸精度，而且也是制約車身焊裝線生產率的咽喉工序。為提高裝配精度及生產效率，國內外先進的客車廠均採用專用合裝設備一次完成車身六面體定位組焊成型。該設備由車身底架定位機構、左/右側骨架夾緊機構、前/後圍定位機構、頂圍吊運裝置及動力系統組成。根據承載車身的運輸機構是否從合裝設備中間通過，該類設備可分為通過式和非通過式兩種。

通過式合裝設備的結構相對複雜，其底架定位機構由整體式工藝車和舉升機組成。整體式工藝車是加工精度很高的底架夾緊定位、運輸機構，其上面的定位裝置可調，可滿足不同尺寸的底架定位要求。整體式工藝車承載著底架進入合裝設備初定位後，由舉升機將工藝車舉起進行二次定位。當完成車身六面體組焊後，合裝設備回位，舉升機回落。

若底架結構差別較大，如非承載、半承載、全承載式車身混線生產，可採用不同的工藝車。因此，通過式合裝設備能夠滿足各種類型大客車車身組焊需要。缺點是設備投資較大。

非通過式合裝設備的底架定位機構是固定在合裝設備中間的平台式結構，其與車身底架的接觸面大，車身底架受力均衡，因此特別適合於底架剛度差的車身骨架組焊，如非承載式車身組焊。非通過式合裝設備的結構較通過式的簡單，因此造價低。缺點是車型適應性相對較差，如：不適合半承載式車身組焊；底架高度差別較大時，車身高度方向的裝配基準線（Z/0）調整不便等。

車身骨架合裝設備具有一定的生產柔性。通過在合裝設備上同時設計布置幾種車型的夾緊機構（為避免相互干涉，有些可設計成擺動式），可以進行同系列不同車型混線生產。此外，合裝設備的左/右側各夾頭安裝在橫向滑槽上,可左右調整, 橫向滑槽又可沿縱向滑槽上下調整，通過調整各夾頭的位置或更換部分夾頭，可以生產更多種車型，但這種調整工作量很大，僅能分期分批生產，不適合混流生產。

2、左/右側蒙皮及前/後圍蒙皮

□左/右側蒙皮

大型客車左/右側蒙皮一般採用預應力蒙皮工藝，通過將側蒙皮鋼板張拉到預定長度後焊接到側骨架上，使鋼板內保持一定的殘餘拉應力。預應力蒙皮可使蒙皮平整美觀，運行鼓噪小，能顯著提高車身骨架的剛性和強度。根據鋼板內殘餘應力形成機理的不同，預應力蒙皮分為熱應力蒙皮和拉應力蒙皮兩種。

□熱應力蒙皮

熱應力蒙皮是通過在鋼板上通以低電壓大電流的電，使鋼板發熱伸長(電熱延伸率約為1‰)，然後迅速焊接在側骨架上。冷卻後鋼板收縮，使之張緊挺直。

熱應力蒙皮設備由變壓器、工藝架、導電機構組成，其佔地面積小，投資少。該工藝主要優點是：鋼板受熱後沿縱橫雙向膨脹，冷卻後蒙皮內的殘餘應力為雙嚮應力，可使車身受力更均衡；由於鋼板是受熱膨脹，可不受車身外形是曲線還是直線的限制；生產柔性好、效率高。缺點是對工藝要求比較嚴格，如：拉伸質量易受人為因素的影響，關閉電源後，焊接操作必須迅速，否則鋼板降溫過大，延伸率降低，焊後殘餘應力值過小，影響拉伸效果；控制不當會造成過熱引起鋼板氧化等。

□拉應力蒙皮

拉應力蒙皮又可分為手工張拉和機械張拉兩種。

手工張拉是採用夾緊器和絲杠，靠人工的力量拉伸鋼板，拉力較小，拉伸後鋼板彈性變形不大，殘餘拉應力較小，對車身整體剛度及強度提高不大，但對改善蒙皮外觀質量、降低鼓雜訊仍能取得一定的效果。

機械張力蒙皮是用機械張拉機將鋼板拉伸到預定的長度（延伸率為1‰），再焊接到側骨架上的工藝方法。機械張拉機主要由液壓系統、電控系統、前/後拉伸架體組成。該工藝主要優點是：拉伸質量穩定、操作方便、生產效率高；拉力可調，可針對不同規格的鋼板設定最佳的拉力，使蒙皮獲得最合適的殘餘應力；由於拉力大，完全能夠消除鋼板本身不平整的缺陷，因此拉伸前對鋼板平整度要求不高，可直接採用卷材拉伸；拉伸架體可沿軌道做較大範圍的移動，適合不同長度的車身側蒙皮機械張拉蒙皮因本身工藝條件寬鬆，適應性強，能最大限度地滿足用戶的使用要求，已成為國內外大中型客車廠首選的側蒙皮裝配工藝。

考慮側蒙皮的美觀性，側蒙皮與側骨架之間的連接一般以電阻點焊為主，CO2弧焊為輔。

□前/後圍蒙皮

大型客車前/後圍蒙皮件有鋼板衝壓件和玻璃鋼件兩種。

鋼板衝壓件蒙皮一般採用若干塊衝壓件進行拼焊，這是由於前/後圍蒙皮件形狀較複雜，外形尺寸又大，若採用大塊鋼板衝壓成型需購置大檯面的衝壓設備及模具，由於產量所限使得生產成本過高。

焊接工藝 採用電阻點焊工藝或CO2弧焊工藝，在蒙皮板搭接處輔以銅釺焊工藝。CO2弧焊對產品結構適應性強，但焊後工件變形較大，增加了修磨及調整工作量，生產效率低；電阻點焊工藝焊接變形小、生產效率高，但要求蒙皮與骨架要有良好的貼合面，由於前/後圍蒙皮及骨架結構較複雜、空間曲線度大，對許多設計及加工不十分嚴格的產品來說這一點很難做到，這也是影響電阻點焊工藝在前/後圍蒙皮中應用的主要原因。

玻璃鋼蒙皮是將整塊模壓成型的玻璃鋼件通過粘接膠貼敷到前/後圍骨架上，並通過預埋在玻璃鋼中的連接角鐵與左/右側骨架、頂骨架和底骨架焊接（或螺接）在一起。採用玻璃鋼件可獲得整塊大麴面度的前/後圍蒙皮，其造型美觀，安裝操作方便，勞動強度小，生產效率高，因而在客車生產中用的較普遍。

3、車身焊裝線運輸方式

大型客車車身焊裝線工位間運輸方式根據產量的不同，可以採用人工推動、地面鏈拖動、板式帶和滑橇運輸系統等幾種形式。

人工推動工藝車的運輸方式勞動強度較大，但因其組織生產非常靈活，不需要運輸設備投資，在國內客車廠中應用很普遍。

地面鏈輸送設備結構簡單，易於製造和維修。缺點是線上各工位需做不同步移動時需要工人鑽到車身下脫掛鉤，因此組織柔性生產不方便。由於設備投資少，在較大型客車廠中應用仍比較多。

板式帶與地面鏈相比，不需要工藝車，可省去工藝車回位的麻煩，但投資較大，國內客車廠應用的很少。

滑橇運輸系統是大型客車車身焊裝線最先進的機械化輸送方式，該系統使得工位間縱向和橫向轉移更加方便靈活，便於工藝布置及生產管理。系統由PC機控制，各工位可同步或不同步移動，因此易於組織柔性生產。其缺點是設備投資大, 一般中小型客車廠因資金所限難以採用。

4、焊裝工藝流程

傳統的大型客車車身焊裝工藝流程為：六大片骨架預製→車身六面體組焊→補焊→焊裝各種小件→修磨焊縫、骨架校正、局部補塗底漆→（焊裝內蒙皮→）焊裝左/右側蒙皮→焊裝前/後圍蒙皮→研裝各種門類件→送塗裝車間進行車身面漆。

這種工藝流程的特點是：在車身焊裝過程中，基本不攙加塗裝工藝，僅在焊縫處手工補塗快乾底漆。目前國內絕大多數客車廠仍沿用這種工藝流程。

國內少數客車廠通過技術引進對傳統的工藝流程進行了改造。其工藝流程為：六大片骨架預製→車身六面體組焊→補焊→焊裝各種小件→修磨焊縫、骨架校正→骨架整體前處理→（焊裝內蒙皮→內蒙皮前處理→）焊裝左/右側蒙皮→焊裝前/後圍蒙皮→研裝各種門類件→送塗裝車間進行車身面漆。

這種工藝流程的特點是：車身焊裝工藝和塗裝工藝相互交叉。這種混合流程不僅使在骨架焊裝生產中破壞的底漆層得到徹底補塗，而且徹底清除了焊接操作過程中工人無意中塗抹在車身上的油污、汗水等污漬，可顯著提高車身防腐蝕性能、提高面漆的附著力。

據有關資料統計，國外大型客車底盤使用壽命為15年，車身使用壽命僅為10年，而國內客車使用壽命更低。因此，提高車身防腐性能越來越受到重視。在車身焊裝生產環節中間增加前處理生產工藝，是提高車身防腐性能的有效措施。

結束語

綜上所述，大型客車車身結構按其承載程度可分為三種類型：半承載、非承載及全承載式。三種結構車身對焊裝生產工藝的要求略有不同。掌握客車車身結構和焊裝工藝特點，以及國內外在車身焊裝工藝、裝備及材料方面存在的差距，對搞好客車焊裝工藝設計，不斷消化吸收國外的先進技術，提高國產大型客車車身焊裝質量至關重要。

推薦閱讀：