大型客車車身焊裝工藝技術

大型客車車身焊裝工藝技術

0客車制造領域大規(guī)模車輛的車身焊接是客車生產(chǎn)過程中的重要因素之一。車身焊接的技術水平是影響客車整體質量的重要因素之一。我國客車產(chǎn)業(yè)起步較晚,客車制造技術是在不斷引進國外先進制造技術的基礎上發(fā)展起來的。隨著世界客車制造中心從歐洲逐步轉移,我國積極承接世界客車制造產(chǎn)業(yè),客車產(chǎn)銷已居世界第一位,成為客車制造大國。但在車身焊裝技術裝備的發(fā)展、創(chuàng)新和研究上較國外還存在明顯的差距,同時,我國制造業(yè)面臨能源、環(huán)境、勞動力成本上升等諸多壓力,客戶對客車品質要求也不斷提高。客車企業(yè)為了進一步提高競爭力,在客車設計層面開始采用鋁合金車身提高車身防腐能力,進行輕量化設計降低客車的排放,采用低地板全承載結構改變車身承載形式;在客車制造層面,焊裝車間需逐步采用先進、高效、節(jié)能的焊接技術和裝備,進一步提升車身制造的技術附加值和產(chǎn)品質量。本文結合大型客車車身焊裝技術裝備現(xiàn)狀,對發(fā)展趨勢進行初步探析,期望推動我國客車行業(yè)焊裝技術水平的不斷提高。1車載焊裝的工藝流程大型客車車身是由金屬骨架、蒙皮覆蓋件組成的骨架蒙皮結構。骨架主要由左/右側圍骨架、前/后圍骨架、頂蓋骨架及底架6大片組成,蒙皮主要是頂蓋蒙皮、左/右側圍蒙皮及前/后圍蒙皮。車身焊裝的主要工藝流程為:六大片骨架預制→車身六面體組焊→左/右側圍蒙皮漲拉點焊→焊裝各種小件→配裝各種門類件→總檢→送涂裝車間。生產(chǎn)過程中焊接工藝方法、裝備的機械化、自動化程度等各種因素對車身焊接質量、生產(chǎn)效率、能耗水平等方面產(chǎn)生重要影響。我國主流客車企業(yè)車身焊裝普遍采用了CO2氣體保護焊、六大片骨架焊接夾具、車身六面體合裝夾具、側圍蒙皮液壓漲拉設備、頂蓋蒙皮自動點焊設備、焊裝線地面輸送設備等技術裝備,且國產(chǎn)的工藝裝備已占主導地位,為提高客車車身制造質量提供了技術保障。1.1c氣體保護焊客車車身骨架主要選用低碳鋼薄壁矩形管組焊而成,鋼管的厚度在3mm左右,焊接性能良好。目前國內(nèi)車身骨架焊接大量采用半自動CO2氣體保護焊,該焊接方法具有生產(chǎn)效率高、熔深大、適用范圍廣和焊接成本低的優(yōu)點。焊接時采用細焊絲小電流、低電壓短路過渡,焊接變形小,操作者容易掌握。但是CO2氣體保護焊有飛濺大、焊縫成形差、焊接缺陷多等不足之處,特別是金屬飛濺是較為突出問題。在焊接自動化程度方面,歐洲國家、日本等發(fā)達國家先進客車廠在部分工序已大量采用弧焊機器人焊接。1.2全承載鋁合金客車的mig焊工藝應符合以下幾種基本要求為了提高客車車身防腐蝕能力和適應車輛輕量化要求,近年來,我國部分客車廠已開始生產(chǎn)鋁合金車身的客車。國內(nèi)某品牌客車推出低底板純電動公交客車,該客車采用全承載結構的鋁合金車身。對全承載結構的鋁合金車身來說,需保證車身的整體強度與受力合理分布,則連接各矩形管間的焊縫質量至關重要。全承載制造工藝便需采用熔深大、缺陷更少、焊縫力學性能更好的焊接方法,而氣孔、未熔合、燒穿、弧坑裂紋是鋁合金焊接中常見的缺陷。國內(nèi)部分客車廠采用脈沖MIG焊工藝來焊接鋁合金客車車身,在焊接過程中采用一脈一滴或一脈多滴的熔滴過渡形式,與直流焊接相比,熱輸入和熔滴過渡更容易控制,焊接過程中沒有飛濺,焊縫質量可靠。目前脈沖MIG焊已開始應用于鋁合金客車車身焊接中。1.3頂格骨架焊接工藝國內(nèi)大部分客車企業(yè)為了提高頂蓋骨架蒙皮的焊接質量,購置了頂蓋骨架蒙皮自動點焊專機,普遍采用電阻點焊工藝,替代了傳統(tǒng)的弧焊工藝。該專機由運行軌道、骨架和蒙皮定位系統(tǒng)、蒙皮張緊機構、行走式龍門架和固定在龍門架上的焊接系統(tǒng)組成,采用雙面單點和單面雙點兩種焊接方式,先進的焊接系統(tǒng)采用了更加節(jié)能的中頻逆變式焊接電源,已接近國際先進水平。由于國內(nèi)板材寬度的限制,頂中蒙皮和頂側蒙皮分別制作,國內(nèi)先進企業(yè)采用了滾壓成形工藝,再與頂蓋骨架進行焊接。焊接生產(chǎn)中頂側蒙皮和頂中蒙皮的搭接處須設置2條頂蓋骨架縱梁與之對應,為了防止頂蓋漏雨,焊前在蒙皮搭接處涂導電密封膠,但不能從根本上解決漏雨問題。1.4機械漲拉蒙皮大型客車左/右側圍蒙皮焊接一般采用預應力蒙皮+電阻焊工藝,通過將側圍蒙皮鋼板漲拉到預定長度后焊接到側骨架上,使鋼板內(nèi)保持一定的殘余應力,蒙皮表面平整美觀,能顯著提高車身骨架剛性和強度。國內(nèi)大多數(shù)客車廠首選機械漲拉蒙皮,側蒙皮與側骨架之間的連接以單面雙點焊為主、CO2焊為輔的制作工藝。單面雙點電阻焊機多為懸掛式點焊機,手工操作,工人勞動強度大,焊點分布不穩(wěn)定,生產(chǎn)效率低。1.5可調式組焊夾具國內(nèi)客車廠焊裝車間各種焊接夾具的使用比較普及,為節(jié)省投資,夾具制造精度較低,大多采用靠模(塊)式,配以少量手動夾緊器,焊后總成尺寸精度較差,調整工作量大。主流客車廠骨架總成組焊胎其定位夾緊裝置采用可調式組焊夾具,以實現(xiàn)車型的快速轉換功能和組焊胎的通用性。立式、臥式以及翻轉式焊胎的使用開始增多。左/右側骨架可采用“人”字形立式夾具,也可采用臥式固定夾具,立式夾具節(jié)省擺放面積,但需配置電動升降臺或踏臺;臥式夾具占用面積較大,操作相對簡單。前圍骨架總成結構較復雜,一般為駕駛室式空間結構,其夾具為固定式。1.6運輸方式回位大型客車車身焊裝線工位間輸送有多種方式,國內(nèi)客車廠為減小投資,廣泛采用人工推送和地面鏈的方式。人工推送工藝車的運輸方式勞動強度較大,但因其組織生產(chǎn)非常靈活,不需要運輸設備投資,在國內(nèi)客車廠中應用很普遍,缺點是脫殼工藝焊裝線的工藝車需要回位。地面鏈輸送設備結構簡單,易于制造和維修,土建費用小,缺點是線上各工位需作不同步移動時需要工人鉆到車身下摘脫掛鉤,不便進行柔性生產(chǎn),由于設備投資小,在較大型客車廠中應用仍比較多。2發(fā)展趨勢2.1低飛機連接促進了低飛機連接的發(fā)展，并且具有節(jié)能和精細方向2.1.1焊接工藝參數(shù)的影響國內(nèi)客車開始逐漸采用MAG焊工藝,焊接保護氣采用Ar與CO2混合氣體替代純CO2,焊接飛濺小,合金元素過渡系數(shù)大,焊縫綜合力學性能優(yōu)良,焊縫成形好,工藝實施效果好,且在焊裝車間技術改造過程中焊接電源和焊接工藝參數(shù)無須改變。雖混合氣體成本稍高,但綜合成本相差不大,仍可推廣。2.1.2igbt逆變焊接電源客車車身焊裝主要采用小電流、低電壓的短路過渡,此時負載始終處于較大幅度的變化中,從燃弧到短路,電弧電壓變化很大,短路時電流按照指數(shù)特性上升,電弧引燃后電流又逐漸下降,主要問題是焊接飛濺大,直接影響焊接穩(wěn)定性和焊接質量,因此對電源的穩(wěn)定工作,特別是對動特性提出更高的要求。目前國內(nèi)客車廠CO2氣體保護焊焊接電源普遍采用晶閘管控制的直流電源,通過調節(jié)焊接回路中的直流電感來改變動特性,取得了一定效果,但是飛濺依然不理想。隨著IGBT(絕緣柵雙極晶體管)作為大功率開關器件的成熟使用,IGBT逆變焊機體積小、自身質量小具有明顯的節(jié)能優(yōu)勢,與晶閘管整流焊機相比,IGBT逆變焊機除具有優(yōu)異的焊接控制性能外,還可以很好地解決焊接飛濺問題。逆變焊接電源工作頻率高,響應速度快,可對焊接電弧負載進行精確控制,在短路過渡時,通過電子電抗器抑制短路電流上升率和短路峰值電流,同時焊接采用數(shù)字顯示功能,可精確調節(jié)焊接工藝參數(shù),非常適合工藝操作。IGBT逆變焊機除了具有優(yōu)異的動特性外,還具有無與倫比的節(jié)能優(yōu)勢,逆變焊機在功率因數(shù)方面明顯優(yōu)于晶閘管整流焊機,在很大程度上可以改善供電質量,同時可以降低車間供電線路的損耗。2.1.3冷金屬過渡焊接技術為克服焊接短路過渡飛濺,改善成形,美國林肯公司STT(表面張力過渡)焊接技術采用電流波形精確控制法,通過判斷短路和液體小橋斷裂時間,控制瞬時電流的變化,控制每次熔滴過渡的熱量,利用表面張力的作用達到熔滴平穩(wěn)過渡。奧地利Fronius公司也推出CMT(冷金屬過渡焊接技術),在普通短路過渡基礎上,在熔滴過渡時,數(shù)字化電源輸出電流幾乎為零,同時焊絲進行回抽運動幫助熔滴脫落,使熔滴幾乎在無電流下過渡,根本上消除飛濺產(chǎn)生的因素。這兩種先進的焊接技術熱輸入低,焊接速度快,焊后工件焊接變形小,可大大減少焊接煙塵,實現(xiàn)無飛濺焊接。STT和CMT焊接技術需要先進的數(shù)字化焊接電源,這兩種焊接電源仍依賴進口,國內(nèi)焊接電源廠家需研發(fā)出類似電源,降低購置成本,逐步推廣應用。2.2熱輸入和焊縫成形雙脈沖MIG焊焊接過程中不僅具有普通脈沖MIG焊的優(yōu)點,而且具有低脈沖TIG焊的特點,熱輸入和焊縫成形更容易控制,焊縫外觀為魚鱗紋狀,熱輸入在強弱脈沖之間不斷變換對熔池具有強烈的攪拌作用,減少氣孔,同時起到細化晶粒、減少裂紋的作用,進而獲得優(yōu)質的焊縫性能,保證鋁合金骨架的焊接質量,應為鋁合金車身焊接的首選焊接工藝。2.3保證了吸鋼護面定位為了解決客車車身頂蓋漏雨問題,國外先進的客車公司將頂蒙皮電阻縫焊工藝應用于頂蒙皮的焊接,率先采用頂蒙皮滾焊機,單面雙滾連續(xù)滾焊方式,將搭接的3條蒙皮一次漲拉定位并自動焊接。客車頂蒙皮滾焊機主要由運行軌道、蒙皮定位工作臺、拉伸系統(tǒng)、龍門架及焊接系統(tǒng)焊接滾輪組成,焊接時采用單面雙滾電阻焊方式,在2個搭接縫處形成2條連續(xù)的焊縫,3條縱向蒙皮焊成一個完整的蒙皮后,再點焊到頂蓋骨架上,從而在蒙皮搭接處無需設置頂蓋骨架縱梁與之對應,徹底解決了頂蓋漏雨問題。2.4側蒙皮漲拉點焊系統(tǒng)為了減小工人勞動強度,適應批量、多車型自動化柔性生產(chǎn),客車側蒙皮自動點焊設備成為側蒙皮機械化、自動化關鍵設備,與側蒙皮拉伸設備配套使用,可共同完成側蒙皮漲拉點焊。客車側蒙皮自動點焊設備采用單面雙點電阻焊,各種參數(shù)可調,可滿足不同車型的自動化柔性焊接,獲得穩(wěn)定的焊接質量和焊點分布,焊后蒙皮表面質量高,極大地提高生產(chǎn)效率。2.5判決變位式鋼框架國外夾具制造精度高,通常采用氣動或液壓夾具,焊后總成尺寸精度高,調整工作量小。而非標生產(chǎn)設備采用通用焊裝夾具,定位夾緊裝置實現(xiàn)模塊化,生產(chǎn)時,焊接夾具只需通過簡單的模塊更替,便可迅速實現(xiàn)不同結構車型的定位單元調整。為了獲得最佳的焊接位置,國外較多地采用了整體翻轉式焊胎實現(xiàn)變位,該工裝國內(nèi)部分企業(yè)開始用在車架的焊接,其他骨架總成應用還不夠普及。另外,國內(nèi)客車廠一般采用將各構件在骨架總拼夾具中一次焊接成形的焊裝工藝,而國外一般將大總成分解為幾個分總成事先預制好,再在總拼夾具中組焊,與國內(nèi)工藝相比,國外工藝可縮短生產(chǎn)節(jié)拍,提高焊裝質量,而且于便操作。2.6滑瞳運輸系統(tǒng)國內(nèi)大型客車廠焊裝線上都逐步采用板式鏈進行工位間的輸送,與地面鏈相比,不需要工藝車,可省去工藝車回位的麻煩,但投資相對較大?；吝\輸系統(tǒng)是大型客車車身焊裝線最先進的機械化輸送方式,該系統(tǒng)使得工位間縱向和橫向轉移更加方便靈活,便于工藝布置及生產(chǎn)管理。系統(tǒng)由PC機控制,各工位可同步或不同步移動,因此易于組織柔性生產(chǎn)。其缺點是設備投資大,一般中小型客車廠因資金所限難以采用。2.7焊裝車間控制系統(tǒng)隨著制造業(yè)在市場競爭中面臨壓力逐漸增多:產(chǎn)品更新速度加快,客戶訂單生產(chǎn)方式迅速發(fā)展,全球化制造帶來的沖擊日益增大,企業(yè)要避免傳統(tǒng)生產(chǎn)組織所帶來的問題,信息技術的迅速發(fā)展及應用,正在逐步改變企業(yè)的生產(chǎn)和經(jīng)營方式。焊裝車間設備數(shù)量多、分布廣,操作者受制于生產(chǎn)進度的安排,違反工藝紀律的事件時有出現(xiàn),焊接規(guī)程執(zhí)行效果并不盡人意,有必要實現(xiàn)車間生產(chǎn)過程管理和監(jiān)控的網(wǎng)絡化。如圖1所示,其為焊裝車間設備控制系統(tǒng)圖。該系統(tǒng)主要由控制服務器、通信電纜、焊機及其他設備構成,它可以實現(xiàn)參數(shù)設置、參數(shù)管理、參數(shù)存檔、焊接質量監(jiān)控、成本核算、設備狀態(tài)監(jiān)控等功能,實現(xiàn)對焊接工藝和焊裝過程的管理和監(jiān)控,并能通過網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享