CN109822198B - 一种轻量化新能源全铝客车的焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于客车制造技术领域，涉及一种轻量化新能源全铝客车的焊接工艺，全铝客车包括顺次拼装的前围、后围、左侧围、右侧围、顶棚骨架、底盘和座椅，其中底盘依次包括铝合金型材焊接而成的底盘前段、底盘中段和底盘后段，焊接时分六个阶段，分别为前围焊接和后围焊接、左侧围焊接和右侧围焊接、顶棚骨架焊接和底盘焊接，整个焊接过程通过合理调整全铝客车的焊接工艺顺序和焊接工艺参数，达到控制焊接变形、确保全铝客车整体质量和车身强度的目的。

Description

一种轻量化新能源全铝客车的焊接工艺

技术领域

本发明属于客车制造技术领域，涉及一种轻量化新能源全铝客车的焊接工艺。

背景技术

根据GB30510《重型商用车辆燃料消耗量限值》要求，2015年5月26日，重型商用车第三阶段燃料消耗量限值标准第十二次会议初步提出了2020年在2015年国标基础上下降20～25％的目标。

汽车轻量化可减少汽车能源消耗并相应降低客车尾气排放，减少空气污染，同时还可提高车辆的操纵稳定性、行驶安全性、乘坐舒适性等性能。实验证明，若汽车整车重量降低10％，燃油效率可提高6％～8％；汽车整备质量每减少100千克，百公里油耗可降低0.3～0.6升；汽车重量降低1％，油耗可降低0.7％。当前，由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。

目前，全铝客车因其较轻的重量和较强的耐腐蚀性已在国外得到广泛的应用，沃尔沃、斯堪尼亚、亚历山大丹尼斯等国外车企的全铝客车在英国、芬兰、马来西亚等多个地区都有使用。而国内主流客车企业也已开始全铝客车的推广应用。市场上的所谓全铝客车指的是全铝车身骨架，不包括底盘部分，底盘部分仍然采用钢制件。

底盘为整车主要承载构件，若将钢制底盘改为铝型材结构，会为整车轻量化做出较大贡献，同时也能提高底盘防腐性，延长寿命。但铝制底盘设计中也存在技术难点，若底盘中铝型材之间联接是铆接或螺接，会增加成本和重量，若铝型材之间连接改为焊接，将会造成焊接处应力集中，力学性能下降。因此，需要对底盘结构进行特殊设计，同时采取合理的焊接工艺来弥补焊接使全铝客车屈服强度的损失，特别是本车的铝合金底盘需要完整的参考CAE分析以及材料结构和材料特性制定焊接工艺和检测手段，并结合合理的焊接工艺放量使整个全铝客车的尺寸满足设计要求。

发明内容

有鉴于此，本发明为了解决现有技术中全铝客车力学性能不能满足设计要求的问题，提供一种轻量化新能源全铝客车的焊接工艺，通过合理调整全铝客车的焊接工艺顺序和焊接工艺参数，达到控制焊接变形、确保全铝客车整体质量和车身强度的目的。

为达到上述目的，本发明提供一种轻量化新能源全铝客车的焊接工艺，全铝客车包括顺次拼装的前围、后围、左侧围、右侧围、顶棚骨架、底盘和座椅，其中底盘依次包括铝合金型材焊接而成的底盘前段、底盘中段和底盘后段，焊接时分六个阶段，具体步骤如下：

A、前围焊接和后围焊接：将前围骨架或者后围骨架分别整体组装，依次按照顺序将前围骨架或者后围骨架分别进行对称焊接，先焊角焊缝后焊对接焊缝，其余焊缝按照由中间向两侧，由上至下，角焊缝的焊缝厚度3mm，对接焊缝单侧开深度2mm的坡口，坡口角度55°，整体骨架焊接完成后，将各附件进行组焊；

B、左侧围焊接和右侧围焊接：将左侧围和右侧围的骨架和纵梁分别整体组装，对左侧围和右侧围的框架分别进行焊接，先焊角焊缝，后焊对接焊缝，焊接完成后，对其余各纵梁进行焊接，焊接顺序由上至下、从中间到两侧；角焊缝的焊缝厚度3mm，对接焊缝单面开坡口，保留1mm钝边，坡口角度55°；

C、顶棚骨架焊接：按照从前到后相间的方式焊接顶棚骨架的框架，再按照从前到后的焊接顺序焊接；

D、底盘焊接：

a、底盘前段包括横筋、竖筋、加强筋、长方板、脱钩加强板以及轮毂六部分，焊接步骤为先焊接横筋、竖筋、加强筋，焊接方式为先单侧角焊，焊角高度3mm，再组焊长方板，焊接方式为单侧断续焊，焊缝120mm，焊角高度3mm，再焊接脱钩加强板，焊接方式为双面角焊，满焊，最后焊接轮毂，焊接方式为由内部向外部先点固，后焊接立焊缝，最后焊接对应的对接焊缝，角焊缝焊角高度为3mm；

b、底盘中段包括中段大梁、中段横梁、中段边横梁、横梁端封板以及中段车架厘板五部分，焊接步骤为；先焊接中段大梁和中段横梁，再焊接中段边横梁，再焊接横梁端封板，最后焊接中段车架厘板，焊接方式先单侧角焊，焊角高度3mm，最后组焊；

c、底盘后段包括后段大梁、后段横梁、后段斜撑、后段厘板，焊接步骤为，先焊接后段大梁，采用双面间断跳角焊，焊缝50mm，间隔200mm，后焊接后段厘板和后段横梁，焊接方式为角焊缝，焊缝分3段，每段50mm且焊缝分布均匀，槽型材与方管采用角焊，角焊缝高度按照3mm；

d、最后将底盘前段、底盘中段、底盘后端焊接在一起；

E、座椅焊接：五人座椅分两层单独焊接，焊后组装到一起，且每一层组焊均是先将立焊缝焊好后再焊接其它的焊接位置。

进一步，步骤D的b中，所述底盘中段焊接过程中，焊缝进行渗透方式的焊接检测以确保焊缝达到要求。

进一步，步骤D中，每一次单侧角焊焊接前都进行背面点固，以及焊后打磨的步骤。

进一步，厚度小于2mm的铝合金薄板采用TIG焊，厚度为3~8mm的铝合金薄板采用MIG焊。

进一步，步骤D的b中，在中段边横梁和横梁端封板的焊接过程中，开坡口，坡口角度为55°。

进一步，步骤D的c中，槽型材与方管焊接前先在背面点固，槽型材与方管焊接完成后将点固点打磨掉。

进一步，焊接所使用的焊接材料为ER5356，焊接材料的规格为Φ1.2mm或Φ2.4mm。

本发明的有益效果在于：

1、本发明所公开的轻量化新能源全铝客车，长宽高分别为11800mm×2550mm×2710 mm，底盘、五人座椅全部采用铝合金结构，车身结构需要具有很大的抗扭能力，尤其是底盘的铝合金结构。由于铝合金焊接变形大，收缩严重，因此每根型材需加长0.5～0.75mm焊接工艺放量。焊接前每条组对的焊缝需要进行开坡口来保证焊接强度，同时开坡口时预留1mm的钝边，保证全熔透的前提下尽量增加熔深。对于一些需要开坡口的型材可以在磨具设计时增加坡口，即保证坡口的完整性和角度的准确性。

2、本发明所公开的轻量化新能源全铝客车的焊接工艺，焊接工艺顺序进行了如下优化：

（1）大截面型材优先焊接完成，大截面型材在型材挤压时加工出坡口，焊接组对间隙为0～0.5mm，焊接顺序为先点固，后焊接，当截面厚度差超过6mm焊接时需对厚的型材预热，待型材有一定温度后再完成上述接头焊接。

（2）拆分后的结构件将平面结构优先完成焊接工作，整体对称并分散热输入量。

（3）根据型材结构和尺寸适当增加工艺梁以确保整车底架的尺寸，防止铝合金型材转运过程中的变形。

（4）焊缝十字交叉处和CAE分析中扭矩比较大的地方要增加焊缝检测手段。

通过合理调整全铝客车的焊接工艺顺序和焊接工艺参数，达到控制焊接变形、确保全铝客车整体质量和车身强度的目的。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明轻量化新能源全铝客车的结构示意图；

图2为本发明轻量化新能源全铝客车中底盘的结构示意图。

附图标记：前围1、后围2、左侧围3、右侧围4、顶棚骨架5、底盘6、底盘前段61、横筋611、竖筋612、加强筋613、长方板614、轮毂615、底盘中段62、中段大梁621、中段横梁622、中段边横梁623、横梁端封板624、底盘后段63、后段大梁631、后段横梁632、后段斜撑633、后段厘板634、座椅7。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本发明轻量化新能源全铝客车焊接所使用的材料为

车身骨架材质：5052-H111、6082-T6、6061-T6，材质规格：1.5mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、8mm。

折弯件：T4状态折弯，折弯后时效成T6状态。

焊接材料：ER5356，焊接材料的规格为Φ1.2mm或Φ2.4mm。

焊接设备：Panasonic YC-300WX 或 OTC AEP-300

福尼斯TPS5000或松下 YD-500GP。

总工艺参数如下：

焊接过程中根据焊缝的接头形式和对应的材料厚度对应选择合理的焊接参数。厚度小于2mm的铝合金薄板采用TIG焊，厚度为3~8mm的铝合金薄板采用MIG焊。

如图1~2所示的轻量化新能源全铝客车包括顺次拼装的前围1、后围2、左侧围3、右侧围4、顶棚骨架5、底盘6和座椅7，其中底盘6依次包括铝合金型材焊接而成的底盘前段61、底盘中段62和底盘后段63，焊接时分六个阶段，具体步骤如下：

A、前围1焊接和后围2焊接：将前围1骨架或者后围2骨架分别整体组装，依次按照顺序将前围1骨架或者后围2骨架分别进行对称焊接，先焊角焊缝后焊对接焊缝，其余焊缝按照由中间向两侧，由上至下，角焊缝的焊缝厚度3mm，对接焊缝单侧开深度2mm的坡口，坡口角度55°，整体骨架焊接完成后，将各附件进行组焊；

B、左侧围3焊接和右侧围4焊接：将左侧围3和右侧围4的骨架和纵梁分别整体组装，对左侧围3和右侧围4的框架分别进行焊接，先焊角焊缝，后焊对接焊缝，焊接完成后，对其余各纵梁进行焊接，焊接顺序由上至下、从中间到两侧；角焊缝的焊缝厚度3mm，对接焊缝单面开坡口，保留1mm钝边，坡口角度55°；

C、顶棚骨架5焊接：按照从前到后相间的方式焊接顶棚骨架5的框架，再按照从前到后的焊接顺序焊接；

D、底盘6焊接：

a、底盘前段61包括横筋611、竖筋612、加强筋613、长方板614、脱钩加强板以及轮毂615六部分，焊接步骤为先焊接横筋611、竖筋612、加强筋613，焊接方式为先单侧角焊，焊角高度3mm，再组焊长方板614，焊接方式为单侧断续焊，焊缝120mm，焊角高度3mm，再焊接脱钩加强板，焊接方式为双面角焊，满焊，最后焊接轮毂615，焊接方式为由内部向外部先点固，后焊接立焊缝，最后焊接对应的对接焊缝，角焊缝焊角高度为3mm；

b、底盘中段62包括中段大梁621、中段横梁622、中段边横梁623、横梁端封板624以及中段车架厘板五部分，焊接步骤为；先焊接中段大梁621和中段横梁622，再焊接中段边横梁623，再焊接横梁端封板624，最后焊接中段车架厘板，焊接方式先单侧角焊，焊角高度3mm，最后组焊，中段边横梁623和横梁端封板624的焊接过程中，开坡口，坡口角度为55°，底盘6中段焊接过程中，焊缝进行渗透方式的焊接检测以确保焊缝达到要求；

c、底盘后段63包括后段大梁631、后段横梁632、后段斜撑633、后段厘板634，焊接步骤为，先焊接后段大梁631，采用双面间断跳角焊，焊缝50mm，间隔200mm，后焊接后段厘板634和后段横梁632，焊接方式为角焊缝，焊缝分3段，每段50mm且焊缝分布均匀，槽型材与方管采用角焊，角焊缝高度按照3mm；

d、最后将底盘前段61、底盘中段62和底盘后段63焊接在一起；

E、座椅7焊接：五人座椅7分两层单独焊接，焊后组装到一起，且每一层组焊均是先将立焊缝焊好后再焊接其它的焊接位置。

通过合理调整全铝客车的焊接工艺顺序和焊接工艺参数，达到控制焊接变形、确保全铝客车整体质量和车身强度的目的。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种轻量化新能源全铝客车的焊接工艺，其特征在于，全铝客车包括顺次拼装的前围、后围、左侧围、右侧围、顶棚骨架、底盘和座椅，其中底盘依次包括铝合金型材焊接而成的底盘前段、底盘中段和底盘后段，焊接时分六个阶段，具体步骤如下：

A、前围焊接和后围焊接：将前围骨架或者后围骨架分别整体组装，依次按照顺序将前围骨架或者后围骨架分别进行对称焊接，先焊角焊缝后焊对接焊缝，其余焊缝按照由中间向两侧，由上至下，角焊缝的焊缝厚度3mm，对接焊缝单侧开深度2mm的坡口，坡口角度55°，整体骨架焊接完成后，将各附件进行组焊；

B、左侧围焊接和右侧围焊接：将左侧围和右侧围的骨架和纵梁分别整体组装，对左侧围和右侧围的框架分别进行焊接，先焊角焊缝，后焊对接焊缝，焊接完成后，对其余各纵梁进行焊接，焊接顺序由上至下、从中间到两侧；角焊缝的焊缝厚度3mm，对接焊缝单面开坡口，保留1mm钝边，坡口角度55°；

C、顶棚骨架焊接：按照从前到后相间的方式焊接顶棚骨架的框架，再按照从前到后的焊接顺序焊接；

D、底盘焊接：

a、底盘前段包括横筋、竖筋、加强筋、长方板、脱钩加强板以及轮毂六部分，焊接步骤为先焊接横筋、竖筋、加强筋，焊接方式为先单侧角焊，焊角高度3mm，再组焊长方板，焊接方式为单侧断续焊，焊缝120mm，焊角高度3mm，再焊接脱钩加强板，焊接方式为双面角焊，满焊，最后焊接轮毂，焊接方式为由内部向外部先点固，后焊接立焊缝，最后焊接对应的对接焊缝，角焊缝焊角高度为3mm；

b、底盘中段包括中段大梁、中段横梁、中段边横梁、横梁端封板以及中段车架厘板五部分，焊接步骤为；先焊接中段大梁和中段横梁，再焊接中段边横梁，再焊接横梁端封板，最后焊接中段车架厘板，焊接方式先单侧角焊，焊角高度3mm，最后组焊；

c、底盘后段包括后段大梁、后段横梁、后段斜撑、后段厘板，焊接步骤为，先焊接后段大梁，采用双面间断跳角焊，焊缝50mm，间隔200mm，后焊接后段厘板和后段横梁，焊接方式为角焊缝，焊缝分3段，每段50mm且焊缝分布均匀，槽型材与方管采用角焊，角焊缝高度按照3mm；

d、最后将底盘前段、底盘中段、底盘后端焊接在一起；

E、座椅焊接：五人座椅分两层单独焊接，焊后组装到一起，且每一层组焊均是先将立焊缝焊好后再焊接其它的焊接位置。

2.如权利要求1所述轻量化新能源全铝客车的焊接工艺，其特征在于，步骤D的b中，所述底盘中段焊接过程中，焊缝进行渗透方式的焊接检测以确保焊缝达到要求。

3.如权利要求1所述轻量化新能源全铝客车的焊接工艺，其特征在于，步骤D中，每一次单侧角焊焊接前都进行背面点固，以及焊后打磨的步骤。

4.如权利要求1所述轻量化新能源全铝客车的焊接工艺，其特征在于，厚度小于2mm的铝合金薄板采用TIG焊，厚度为3~8mm的铝合金薄板采用MIG焊。

5.如权利要求1所述轻量化新能源全铝客车的焊接工艺，其特征在于，步骤D的b中，在中段边横梁和横梁端封板的焊接过程中，开坡口，坡口角度为55°。

6.如权利要求1所述轻量化新能源全铝客车的焊接工艺，其特征在于，步骤D的c中，槽型材与方管焊接前先在背面点固，槽型材与方管焊接完成后将点固点打磨掉。

7.如权利要求1所述轻量化新能源全铝客车的焊接工艺，其特征在于，焊接所使用的焊接材料为ER5356，焊接材料的规格为Φ1.2mm或Φ2.4mm。

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