大型客车车身结构及焊装工艺分析

HEATS · 发表于 2010-9-12 15:09:34

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　　大型客车车身焊装是大型客车生产中的一个重要环节，车身焊装质量是影响大型客车整体质量优劣的重要因素之一。

　　针对大型客车车身结构特点及其工艺性，在本文中将重点分析焊装工艺、设备、夹具的特点，总结我国大型客车车身焊装生产现状及与国际水平的差距，希望通过我们共同的努力，能不断改进国产大型客车车身焊装生产工艺，提高车身焊装质量。

　　大型客车车身结构特点

　　大型客车车身是由底骨架、左/右侧围骨架、前/后围骨架及顶围骨架等6大片骨架经组焊蒙皮而成，是一骨架蒙皮结构。根据客车车身承受载荷程度的不同，可把客车车身概括地分为半承载、非承载、全承载式三种类型。

　　1、半承载式车身

　　半承载式车身结构特征是车身底架与底盘车架合为一体。通过在底盘车架上焊接牛腿、纵横梁等车身底架构件，将底盘车架与车身底架进行焊接连接，然后与左/右侧骨架、前/后围骨架及顶骨架组焊成车身六面体。车身底架与底盘车架共同承载，因此称为半承载式车身。

　　2、非承载式车身

　　非承载式车身的底架为独立焊制的，是矩形钢管和型钢焊制的平面体结构，比较单薄。车身底架与左/右侧骨架、前/后围骨架及顶骨架组焊成车身六面体，漆后的车身要装配到三类底盘上，由底盘车架承载，因此称为非承载式车身。

　　3、全承载式车身

　　全承载式车身底架为珩架结构，由矩形钢管和型钢焊制而成，底架与左/右侧骨架、前/后围骨架及顶骨架共同组焊成车身六面体。漆后的车身采用类似轿车的装配工艺，在车身(底架)上装配发动机、前后桥、传动系等底盘部件，因此客车已无底盘车架痕迹，完全由车身承载，因此称为承载式车身。

　　三种结构车身的焊装工艺性

　　1、半承载式车身

　　半承载式车身是在三类底盘上焊制的，生产中底盘自始至终要经过生产的各个环节，因此在焊装生产中也产生一些工艺问题。如：由于底盘大大增加了车身质量，使车身在焊装线工序运输中不灵便，人工推运困难，往往需要增加机械化输送机构；此外，由于车身六面体合焊时需要在合装设备中定位底盘，为此合装设备需要设计底盘举升机构用于底盘二次定位，因此增加了合装设备造价。目前，国内只有少数小型客车厂或某些客车厂的少量车型因生产技术和生产能力所限仍沿用这种工艺。

　　2、非承载式车身

　　非承载式车身在焊装生产中不带底盘，车身结构相对简单，易组焊且重量轻，焊装线工序运输方便，可采用人工推运方式。而且，车身底架平整的下平面易于车身六面体组焊定位，不需要举升二次定位，生产效率高。非承载式结构车身适合大批量生产，目前，国内大型客车厂采用这种生产工艺较多。

　　3、全承载式车身

　　全承载式车身的底架是由矩形钢管和型钢焊接的格栅式空间结构，与半承载和非承载车身底架比较，其焊接工作量大，底架夹具结构复杂。此外，行李仓内板、仓门的制作和焊接研配的工作量均较大。但其具有整体刚度好，车身承载程度高、构件受力较均衡、重心低、便于在地板下布置行李仓和空调装置的特点。

　　从技术角度看，全承载式车身结构是比较理想的结构形式。西方工业发达国家早在上世纪30年代就开始研制了这种结构车身，现在已很普及。而我国在这方面起步较晚，在上世纪90年代中末期才开始引进这种车身技术，目前主要用于豪华大型客车的生产上。

　　车身焊装工艺分析

　　1、六大片骨架预制

　　□前/后围骨架、左/右侧骨架总成

　　前/后围骨架、左/右侧骨架是由各种矩形钢管和型钢焊制的，采用弧焊工艺。国内客车厂通常采用半自动CO2焊机焊接，国外先进的客车厂在部分分装工序采用弧焊机器人焊接。

　　左/右侧骨架可采用”人”字形立式夹具，也可采用卧式固定夹具。不同的夹具各具特点，立式夹具节省摆放面积，但需配置电动升降台或踏台;卧式夹具占用面积较多，操作相对简单。前围骨架总成结构较复杂，一般为驾驶室式空间结构，其夹具为固定式。

　　在焊装夹具制造水平方面，国内外尚存在一定差距。国外夹具制造精度高，通常采用气动或液压夹具，焊后总成尺寸精度高，调整工作量小；而国内大多数客车厂为节省投资，夹具制造精度较低，大多采用靠模(块)式，配以少量手动夹紧器，焊后总成尺寸精度较差，调整工作量大。

　　此外，国内客车厂一般采用将各构件在总拼夹具中一次焊接成型的焊装工艺，而国外一般把大总成分解为几个分总成事先预制好，再在总拼夹具中组焊。与国内工艺相比，国外工艺可缩短生产节拍，提高焊装质量，而且操作方便。

　　□顶围总成

　　为实现顶蒙皮低位作业，将顶骨架与顶蒙皮的焊接在车身组焊前进行。即形成顶围总成后再进行六大片骨架合装。

　　由于顶围骨架具有较大的空间曲线，一般采用卧式固定夹具。顶蒙皮与顶骨架之间的联结可采用拉铆、CO2弧焊、电阻点焊等几种形式。

　　拉铆是客车蒙皮最早采用的装配工艺，该工艺劳动强度大，生产效率低。目前仅用于产量较小、车身外观质量要求不高的客车蒙皮生产。

　　目前，我国客车车身制造采用的材料大多是表面无镀层的低炭钢板和钢管。由于客车产量所限，考虑涂装生产的经济性，许多客车厂车身总成进行整体前处理难以实现。为提高车身防腐性能，骨架构件和蒙皮件焊前需经磷化处理喷涂底漆，而采用的大多为廉价的导电性差的环氧类底漆。由于环氧类底漆层的存在，采用电阻点焊工艺难以形成牢固的焊点。CO2弧焊工艺则能穿透工件表面导电性差的底漆层牢固焊接，因此这种工艺适用于蒙皮与骨架焊前涂有环氧类底漆的车身蒙皮焊装。其缺点是弧焊破坏底漆层的范围及焊接变形相对较大，顶围防腐蚀性能及外观质量均不如电阻焊工艺;此外，由于底漆层的存在,焊接时产生更多的焊烟。

　　国外先进的客车厂大多采用镀锌钢板和钢管焊制车身。因此，骨架构件和蒙皮件在焊接前不进行前处理，焊后在焊缝区涂磷化液(有些厂进行骨架整体喷磷处理)，然后喷涂底漆。底漆后进行车身蒙皮。由于国外采用的是导电性良好的富锌底漆，因此，其客车蒙皮均采用电阻点焊工艺。电阻点焊工艺在许多方面优于CO2弧焊工艺，其对工件表面的涂层破坏小、焊接变形小、劳动条件好、生产效率高。

　　目前，在国内客车制造业中，由于价格方面的原因，镀锌钢板和钢管以及富锌底漆用的不很普及，仅在少数客车厂的引进豪华车型中获得应用。个别大型客车厂采用无镀层的普通钢板和钢管焊制车身，为在车身蒙皮工序中采用电阻点焊工艺并提高车身防腐性能，采用车身焊后整体电泳前处理的工艺方法，这种方法由于涂装设备投资及生产运行费用太大，绝大多数客车厂难以采用。还有部分客车厂采用传统的车身制造工艺，即骨架和蒙皮件在零件状态下进行磷化处理喷涂底漆，车身蒙皮前在骨架和蒙皮贴合处进行局部抛磨，去除底漆后再进行电阻点焊的方法，但这种方法劳动强度大,生产效率低，在客车行业也难以推广。

　　采用镀锌钢板和钢管焊制客车车身，不但方便蒙皮采用电阻点焊工艺，而且可以显著提高车身防腐蚀性能，代表着客车车身制造材料的发展方向。随着国内经济的发展，钢材及涂料生产技术的进步,镀锌钢板和钢管以及富锌底漆在客车生产中的应用也将会越来越普及。

　　国内顶蒙皮电阻点焊设备水平已与国外持平。根据客车产量的不同，可采用手动点焊和自动点焊两种形式。

　　手动点焊采用悬挂式单面单点焊机或单面双点焊机。单面单点焊比单面双点焊工艺优越，其焊接电流分流小，不易形成虚焊点。自动点焊采用顶蒙皮自动点焊专机，该专机由张紧机构、行走式龙门架和固定在龙门架上的点焊机组成。

　　顶围漏雨也是困扰客车生产的主要问题之一。生产中一般采用在顶盖边蒙皮和中蒙皮的搭接处焊后涂密封胶的方法，但不能从根本上解决漏雨问题。由于此种工艺投资少，在中小型客车厂仍然采用。

　　早在20世纪80年代初，国外先进的客车厂就将缝焊技术应用于顶蒙皮焊接，采用缝焊工艺将车顶三条纵向蒙皮焊成一个完整的蒙皮后,再点焊到顶骨架上，从而彻底杜绝了顶围漏雨问题。20世纪90年代以来国内开发研制的顶蒙皮自动缝焊机在国内客车厂获得了应用。该设备由移动式工作台和安装缝焊机的固定式龙门架组成，设备工作时，工件随着工作台渐进移动，龙门架上的两台缝焊机同时完成两条纵缝的焊接。由于该设备投资较大，一般仅应用于少数大型客车厂。

　　在顶蒙皮上开天窗孔是顶围生产中的又一生产环节。国外一些客车厂采用活动式冲孔模冲天窗孔。用手电钻在要开天窗孔的蒙皮处钻一小孔,将上模放在顶蒙皮上方,下模放在下方,再将油缸活塞杆穿过中心孔把上下模连结起来,开通高压油,上下模合拢冲出天窗孔。这种方法生产效率高,冲出的天窗孔周边平整光滑,质量好。目前，国内客车厂仍采用在顶蒙皮上划线，然后用空气等离子切割机切割或用剪刀剪切方法形成天窗孔。这种方法形成的窗孔尺寸精度差,切剪后修边工作量大,生产效率低。在此方面国内外尚存在一定差距。

　　□底骨架总成

　　半承载、非承载、全承载式车身的区别主要在于底骨架的结构不同。

　　半承载式车身底架为改制的底盘车架,是通过在车架纵梁上焊制牛腿、纵横梁等构件形成底架。由于底盘形状复杂，不便采用夹具，一般采用直尺和角尺划线，用各种支架辅助定位。焊后精度较差、调整工作量大。

　　非承载式车身底架结构较简单，是由各种矩形钢管和型钢焊制的平片式结构。可采用翻转夹具或卧式固定夹具焊接。翻转夹具焊接操作方便、节省面积，而且由于是在夹具中完成正反面焊接，因此焊接变形小，但夹具的制造费用较高。

　　全承载式车身底架为格栅式空间结构，夹具均采用固定式。为保证与左/右侧骨架的装配精度，焊后底架众多的端头需要有准确的装配尺寸。生产中采用两种办法加以保证：一种是提高零件下料尺寸精度和焊装夹具制造精度，焊后辅以少量的手工磨削，使之达到装配精度要求；另一种是采用行走式自动切割机完成此项工艺。后一种方法生产效率高，但设备投资较大。

　　□车身六大片骨架组焊

　　车身六大片骨架组焊是客车车身焊装生产中的关键工序。该工序不仅决定着客车车身六面体的装配尺寸精度，而且也是制约车身焊装线生产率的咽喉工序。为提高装配精度及生产效率，国内外先进的客车厂均采用专用合装设备一次完成车身六面体定位组焊成型。该设备由车身底架定位机构、左/右侧骨架夹紧机构、前/后围定位机构、顶围吊运装置及动力系统组成。根据承载车身的运输机构是否从合装设备中间通过，该类设备可分为通过式和非通过式两种。

　　通过式合装设备的结构相对复杂，其底架定位机构由整体式工艺车和举升机组成。整体式工艺车是加工精度很高的底架夹紧定位、运输机构，其上面的定位装置可调，可满足不同尺寸的底架定位要求。整体式工艺车承载着底架进入合装设备初定位后，由举升机将工艺车举起进行二次定位。当完成车身六面体组焊后，合装设备回位，举升机回落。

　　若底架结构差别较大，如非承载、半承载、全承载式车身混线生产，可采用不同的工艺车。因此，通过式合装设备能够满足各种类型大客车车身组焊需要。缺点是设备投资较大。

　　非通过式合装设备的底架定位机构是固定在合装设备中间的平台式结构，其与车身底架的接触面大，车身底架受力均衡，因此特别适合于底架刚度差的车身骨架组焊，如非承载式车身组焊。非通过式合装设备的结构较通过式的简单，因此造价低。缺点是车型适应性相对较差，如：不适合半承载式车身组焊；底架高度差别较大时，车身高度方向的装配基准线(Z/0)调整不便等。

　　车身骨架合装设备具有一定的生产柔性。通过在合装设备上同时设计布置几种车型的夹紧机构(为避免相互干涉，有些可设计成摆动式)，可以进行同系列不同车型混线生产。此外，合装设备的左/右侧各夹头安装在横向滑槽上,可左右调整,横向滑槽又可沿纵向滑槽上下调整，通过调整各夹头的位置或更换部分夹头，可以生产更多种车型，但这种调整工作量很大，仅能分期分批生产，不适合混流生产。

　　2、左/右侧蒙皮及前/后围蒙皮

　　□左/右侧蒙皮

　　大型客车左/右侧蒙皮一般采用预应力蒙皮工艺，通过将侧蒙皮钢板张拉到预定长度后焊接到侧骨架上，使钢板内保持一定的残余拉应力。预应力蒙皮可使蒙皮平整美观，运行鼓噪小，能显著提高车身骨架的刚性和强度。根据钢板内残余应力形成机理的不同，预应力蒙皮分为热应力蒙皮和拉应力蒙皮两种。

　　□热应力蒙皮

　　热应力蒙皮是通过在钢板上通以低电压大电流的电，使钢板发热伸长(电热延伸率约为1‰)，然后迅速焊接在侧骨架上。冷却后钢板收缩，使之张紧挺直。

　　热应力蒙皮设备由变压器、工艺架、导电机构组成，其占地面积小，投资少。该工艺主要优点是：钢板受热后沿纵横双向膨胀，冷却后蒙皮内的残余应力为双向应力，可使车身受力更均衡；由于钢板是受热膨胀，可不受车身外形是曲线还是直线的限制；生产柔性好、效率高。缺点是对工艺要求比较严格，如：拉伸质量易受人为因素的影响，关闭电源后，焊接操作必须迅速，否则钢板降温过大，延伸率降低，焊后残余应力值过小，影响拉伸效果；控制不当会造成过热引起钢板氧化等。

　　□拉应力蒙皮

　　拉应力蒙皮又可分为手工张拉和机械张拉两种。

　　手工张拉是采用夹紧器和丝杠，靠人工的力量拉伸钢板，拉力较小，拉伸后钢板弹性变形不大，残余拉应力较小，对车身整体刚度及强度提高不大，但对改善蒙皮外观质量、降低鼓噪声仍能取得一定的效果。

　　机械张力蒙皮是用机械张拉机将钢板拉伸到预定的长度(延伸率为1‰)，再焊接到侧骨架上的工艺方法。机械张拉机主要由液压系统、电控系统、前/后拉伸架体组成。该工艺主要优点是：拉伸质量稳定、操作方便、生产效率高；拉力可调，可针对不同规格的钢板设定最佳的拉力，使蒙皮获得最合适的残余应力；由于拉力大，完全能够消除钢板本身不平整的缺陷，因此拉伸前对钢板平整度要求不高，可直接采用卷材拉伸；拉伸架体可沿轨道做较大范围的移动，适合不同长度的车身侧蒙皮机械张拉蒙皮因本身工艺条件宽松，适应性强，能最大限度地满足用户的使用要求，已成为国内外大中型客车厂首选的侧蒙皮装配工艺。

　　考虑侧蒙皮的美观性，侧蒙皮与侧骨架之间的连接一般以电阻点焊为主，CO2弧焊为辅。

　　□前/后围蒙皮

　　大型客车前/后围蒙皮件有钢板冲压件和玻璃钢件两种。

　　钢板冲压件蒙皮一般采用若干块冲压件进行拼焊，这是由于前/后围蒙皮件形状较复杂，外形尺寸又大，若采用大块钢板冲压成型需购置大台面的冲压设备及模具，由于产量所限使得生产成本过高。

　　焊接工艺采用电阻点焊工艺或CO2弧焊工艺，在蒙皮板搭接处辅以铜钎焊工艺。CO2弧焊对产品结构适应性强，但焊后工件变形较大，增加了修磨及调整工作量，生产效率低；电阻点焊工艺焊接变形小、生产效率高，但要求蒙皮与骨架要有良好的贴合面，由于前/后围蒙皮及骨架结构较复杂、空间曲线度大，对许多设计及加工不十分严格的产品来说这一点很难做到，这也是影响电阻点焊工艺在前/后围蒙皮中应用的主要原因。

　　玻璃钢蒙皮是将整块模压成型的玻璃钢件通过粘接胶贴敷到前/后围骨架上，并通过预埋在玻璃钢中的连接角铁与左/右侧骨架、顶骨架和底骨架焊接(或螺接)在一起。采用玻璃钢件可获得整块大曲面度的前/后围蒙皮，其造型美观，安装操作方便，劳动强度小，生产效率高，因而在客车生产中用的较普遍。

　　3、车身焊装线运输方式

　　大型客车车身焊装线工位间运输方式根据产量的不同，可以采用人工推动、地面链拖动、板式带和滑橇运输系统等几种形式。

　　人工推动工艺车的运输方式劳动强度较大，但因其组织生产非常灵活，不需要运输设备投资，在国内客车厂中应用很普遍。

　　地面链输送设备结构简单，易于制造和维修。缺点是线上各工位需做不同步移动时需要工人钻到车身下脱挂钩，因此组织柔性生产不方便。由于设备投资少，在较大型客车厂中应用仍比较多。

　　板式带与地面链相比，不需要工艺车，可省去工艺车回位的麻烦，但投资较大，国内客车厂应用的很少。

　　滑橇运输系统是大型客车车身焊装线最先进的机械化输送方式，该系统使得工位间纵向和横向转移更加方便灵活，便于工艺布置及生产管理。系统由PC机控制，各工位可同步或不同步移动，因此易于组织柔性生产。其缺点是设备投资大,一般中小型客车厂因资金所限难以采用。

　　4、焊装工艺流程

　　传统的大型客车车身焊装工艺流程为：六大片骨架预制→车身六面体组焊→补焊→焊装各种小件→修磨焊缝、骨架校正、局部补涂底漆→(焊装内蒙皮→)焊装左/右侧蒙皮→焊装前/后围蒙皮→研装各种门类件→送涂装车间进行车身面漆。

　　这种工艺流程的特点是：在车身焊装过程中，基本不搀加涂装工艺，仅在焊缝处手工补涂快干底漆。目前国内绝大多数客车厂仍沿用这种工艺流程。

　　国内少数客车厂通过技术引进对传统的工艺流程进行了改造。其工艺流程为：六大片骨架预制→车身六面体组焊→补焊→焊装各种小件→修磨焊缝、骨架校正→骨架整体前处理→(焊装内蒙皮→内蒙皮前处理→)焊装左/右侧蒙皮→焊装前/后围蒙皮→研装各种门类件→送涂装车间进行车身面漆。

　　这种工艺流程的特点是：车身焊装工艺和涂装工艺相互交叉。这种混合流程不仅使在骨架焊装生产中破坏的底漆层得到彻底补涂，而且彻底清除了焊接操作过程中工人无意中涂抹在车身上的油污、汗水等污渍，可显著提高车身防腐蚀性能、提高面漆的附着力。

　　据有关资料统计，国外大型客车底盘使用寿命为15年，车身使用寿命仅为10年，而国内客车使用寿命更低。因此，提高车身防腐性能越来越受到重视。在车身焊装生产环节中间增加前处理生产工艺，是提高车身防腐性能的有效措施。

　　结束语

　　综上所述，大型客车车身结构按其承载程度可分为三种类型：半承载、非承载及全承载式。三种结构车身对焊装生产工艺的要求略有不同。掌握客车车身结构和焊装工艺特点，以及国内外在车身焊装工艺、装备及材料方面存在的差距，对搞好客车焊装工艺设计，不断消化吸收国外的先进技术，提高国产大型客车车身焊装质量至关重要。 . s- U+ w. q" \: g! j; }

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