铁路货车不锈钢车体制造工艺研究

铁路货车不锈钢车体制造工艺研究

岳启林

中车齐齐哈尔车辆有限公司 黑龙江省齐齐哈尔 161002

摘要:我国铁路货车车辆需求旺盛，也给铁路货车车辆制造企业带来了广阔的发展空间。不锈钢车辆是铁路货车车辆中的主要产品，其制造工艺也是铁路货车辆的重点和难点。目前，不锈钢车体的制造工艺设计仍沿用铁路车辆行业的传统模式。这种模式下，企业快速响应市场需求的能力明显不足。因此本文基于此背景展开铁路货车不锈钢车体制造工艺的研究。

关键词:不锈钢车体；模块化；生产线平衡；

引言：随着货车制造技术不断发展，目前进行货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。货车实际使用寿命大约为十年，货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，损坏货车结构，不锈钢车身的特质会使上述问题得到改善。

一、不锈钢车体结构及工艺特点

不锈钢车体决不是简单的材料替换，而是一种全新的车体。它比平常的钢车结构更为庞杂，多采用拼接的方式，并运用连接件；板的厚度减少，仅实现强度的要求即可，不需要再保留腐蚀余量，但这都有可能带来车体刚度下降的问题。不锈钢车体在制造过程中免于钢板防腐处理，车体外表面一般不需打平，即便打平也不能用火调平，这对冷弯件、冷压件的制造精度要求很高。不锈钢车体的表面焊接原则以使用在两电极间通有大电流、高压力、热影响区小的点焊为主，这需要专用的车辆点焊设备。国外生产不锈钢车大部分采用SUS301L不锈钢板，而且由于此种材料的热能，导致了不锈钢车的制造方法主要采用电焊方法!），所以车外形的密度性不好，这导致它在气密性需求高的高速列车上的运用受到阻碍，因此，不锈钢车体最适于地铁、轻轨等城市轨道交通及低速铁路客运车辆上。在此总背景下，天津的一个高校，它的材料科学与工程学院与天津机车车辆有限公司工艺部门合作，运用技术上的对接，对制造城市轨道车辆拟用的SUS304不锈钢薄板进行了MAG焊接工艺试验、对SUS310L不锈钢薄板进行了电阻点焊工艺试验研究。经过这种焊接方法的研究与试验，在焊接工艺的数字方面进行了优化调整，确保了接头的质量和它的性价比，实现了不锈钢城轨车体制造在技术上的要求。本文全面透彻的分析不锈钢车体工艺的研究，回想和概括了不锈钢车体结构几不锈钢焊接技术的发展进程与现在的状况。在物理学的方面解释了不锈钢的焊接的独特工艺。实现了不锈钢薄板焊接的试验，并按照该方法对试验用板材进行了工艺的试验，正确的选择了SUS304+SUS304一种类型的钢板和Q335+SUS304不一样类型的钢板MAG熔焊的焊接的材料，选择了合适的SUS304板材连接的MAG熔焊工艺的系数，实施了SUS301L不锈钢薄板电阻点焊试验方法，并按照该方法对试验用板材进行点焊工艺试验，对焊接试验用的SUS200L板材肯定了合适的电阻点焊工艺技术，表示了不透气的胶不会对焊接工艺技术行成不好的影响，SUS301L不锈钢点焊宜选用上乘偏硬的点焊参数。

二、货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。铁路车辆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，铁路车辆不锈钢车身采用 MIG 焊，焊接保护气体选择 98% 氩气 +2% 氧气的混合气体，焊接质量良好。

三、货车不锈钢车身设计结构

铁路车辆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。

根据铁路车辆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。

四、货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。

五、货车不锈钢车身制造工艺难点分析

货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。因此在货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 。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，会对货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。

结语：不锈钢材质在铁路货车车身中的应用，解决了铁路货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。随着铁路货车不锈钢车身的制造技术不断提升，货车不锈钢车身的设计和制作工艺也不断完善，进一步提高铁路货车车辆的竞争力。

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