客車頂置空調連接固定螺栓焊接工藝的研究與應用

高建路

摘 要：文章針對客車頂置空調連接固定螺栓的使用機理進行分析，結合市場上出現的質量案例，從連接固定螺栓的原材料材質、焊接冶金原理、固定結構、連接方式等方面進行分解、優化，綜合多項方案中，從實施最簡單、成本最低廉、連接最可靠、解決問題最佳效果的途徑選中取出，應用到批量的生產過程中，以解決客車生產企業頂置空調安裝、使用過程中的重大問題，避免產品存在質量隱患，提高客車運行的可靠性。

關鍵詞：頂置;空調;螺栓;案例;焊接;冶金;可靠性

中圖分類號：U466 ?文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）06-146-03

Abstract： This paper analyzes the use mechanism of the fixing bolt for the overhead air-conditioning system of passenger cars， combining with the quality cases in the market， from the connection fixing bolt raw material， welding metallurgy principle， fixed structure， connection way and so on to carry on the decomposition， the optimization， synthesizes many plans， from the implementation of the simplest， lowest cost， most reliable connection， the best effect of solving the problem selected out， applied to the batch production process， in order to solve the major problems in the installation and operation of overhead air-conditioning in bus manufacturing enterprises， avoid the hidden quality problems of the products， and improve the reliability of bus operation.

Keywords： Overhead; Air-conditioning system; Bolt; Quality cases; Welding; Metallurgy; Reliability

CLC NO.： U466 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）06-146-03

1 引言

目前，隨著現代科學技術水平的不斷提高，客車配備的裝備[1]能力也不斷提升，以滿足乘客越來越高的使用需要和體感需求，如車內的人性化[2]設計，標識齊全，軟性內飾和包裝，外觀性美觀，車內噪音要小，車內密封性能要好，空氣清潔、無灰塵，車內溫度適宜，行駛穩定，無顛簸感，車內無氣味，新風系統[3]及溫度要求四季如春等等，其中，客車車內適宜的溫度與空氣的清潔質量有利于乘客的直接感受，做好這兩項，一是不會使乘客造成暈車的感覺，有利于乘客的生命健康;二是提高乘客乘坐的舒適性[4]，能減輕乘客座車的疲勞感，心情容易得到放松，便得乘坐之旅變成享受之旅，輕松之旅。

上述對空氣清潔質量與溫度的人性化要求，在客車設計及裝備上，是通過空調[5]裝置的來實現的。首先，要求空調能夠可靠的正常工作，其次，空調裝置能按照乘客的要求進行溫度調節和空氣質量調節，能進行車內、外之間新風的更換[6]。

對于要求空調能夠可靠的正常工作這一項，主要體現在空調的固定連接方式上，將空調連接在客車頂骨架上，其連接結構能保證空調在以后的使用過程中，經受住復雜的扭曲力與沖剪力，充分保證連接結構不斷裂，不開焊，不失效，不脫落。如圖1。

客車生產廠家一般采用M12的螺栓將空調緊固在頂蓋骨架上，螺栓朝上布置，螺栓頭部焊接在頂蓋骨架的預埋板[7]上。見圖2。

其中：101、客車空調外罩;102、客車空調底座;201、客車頂蒙皮;202、客車頂骨架;203、防松螺母;204、緊固螺母;205、大墊圈;206、橡膠墊圈;207、空調固定槽鋼;208、高強度連接螺栓;210、焊縫。

但由于焊接的特殊性，較集中的熱量使螺栓頭部產生淬火[8]處理，螺栓頭部的金屬在焊接過程中，內部鋼材與焊材的熔敷材料及空氣發生組織上的冶金[9]反應，產生了化學變化，材質由此變得更脆，在客車運行過程中，車輛一經出現急剎車或急轉彎，受力過大，應力應會集中，很容易在此處出現冷裂紋，時間一長，就會出現斷裂，斷裂后螺栓就起不到連接固定的作用了。

當螺栓斷裂數量超出3個時，其全部的應力將轉給剩余的空調固定連接螺栓承擔，其它螺栓就會因局部連接力過大再次形成應力集中而產生斷裂，當剩余下的螺栓斷裂后，空調就會從客車頂部掉下來，產生的后果是，輕則空調脫落至地面造成報廢，重則會由此引發的給后面的車輛或周邊的行車造成安全事故，形成更大的人員和財產損失。

2 客車頂置空調連接固定螺栓焊接工藝的研究

2.1 思路與原則

在高強度螺栓固定時，必須采用螺栓緊固的方式，并且不能采用直接焊接螺體頭部的方式，避免焊接螺栓頭淬火后引起冶金反應，螺栓強度降低的問題，同時一旦固定，高強度螺栓就不能隨意轉動，便于后續空調螺母的旋轉緊固。

2.2 結構設計

高強度連接螺栓向上穿過空調固定槽鋼，再用螺栓固定槽鋼將高強度連接螺栓頭部壓住，防止高強度連接螺栓掉下，再將空調固定槽鋼與螺栓固定槽鋼焊接在一起，這樣，避免了直接焊接高強度連接螺栓頭部。如圖3。

其中：101、客車空調外罩;102、客車空調底座;201、客車頂蒙皮;202、客車頂骨架;203、防松螺母;204、緊固螺母;205、大墊圈;206、橡膠墊圈;207、空調固定槽鋼;208、高強度連接螺栓;209、螺栓固定槽鋼;210、焊縫。

焊接完成后，螺栓固定槽鋼點焊在空調固定槽鋼內，不能脫落和移動;高強度連接螺栓穿過橡膠墊圈使空調螺栓底殼與頂蒙皮之間也能保持間隙和彈性連接。緊固螺母通過大墊圈將空調螺栓殼壓緊在橡膠墊圈上，并且能夠起到螺栓機械防松[10]的目的。如圖4。

其中：101、客車空調外罩;102、客車空調底座;201、客車頂蒙皮;202、客車頂骨架;203、防松螺母;204、緊固螺母;205、大墊圈;206、橡膠墊圈;207、空調固定槽鋼;208、高強度連接螺栓;209、螺栓固定槽鋼。

結合上述圖例，本頂置空調連接固定螺栓焊接工藝的組成是：包括與客車車身200、客車頂骨架202、固定焊接空調固定槽鋼207、高強度連接螺栓208，高強度連接螺栓208依次穿過空調固定槽鋼207上的裝配孔、客車頂蒙皮201的裝配孔、橡膠墊圈206、客車空調底座102、大墊圈205并通過緊固螺母204固定后還安裝有2個防松螺母203，起到機械防松防脫落的目的。

高強度連接螺栓208的螺頭位于螺栓固定槽鋼209的槽內，螺栓固定槽鋼209槽口向上并焊接固定在空調固定槽鋼207的槽內底面上，焊接將空調固定槽鋼207和螺栓固定槽鋼連接在一起，高強度連接螺栓208不參與材料的焊接，其頭部只是被螺栓固定槽鋼壓在空調固定槽鋼207上。

當焊接完成螺栓固定槽鋼后，高強度連接螺栓208在螺栓固定槽鋼內不會隨意脫落和移動;高強度連接螺栓通過緊固螺母204和防松螺母203將膠墊圈、客車空調底座102客車頂蒙皮201保持合理的間隙和彈性連接，達到頂置空調固定連接的目的。 如圖5。

其中：101、客車空調外罩;102、客車空調底座;201、客車頂蒙皮;202、客車頂骨架;203、防松螺母;204、緊固螺母;205、大墊圈;206、橡膠墊圈;207、空調固定槽鋼;208、高強度連接螺栓;209、螺栓固定槽鋼;210、焊縫。

3 結論

因該質量問題事關重大，一旦出現問題后，影響面較廣。該優化結構出來后，公司一致認為該方案能解決問題，并盡快試驗、應用。

自本結構應用以來，空調螺栓連接質量和可靠性大大提高，避免螺栓頭部的焊接，也從源頭上解決的焊接熔池帶來的冶金反應問題，使得客車在運行的時安全性大大提高，再沒有出現過頂置空調螺栓斷裂、掉落的問題，提高了社會效益和經濟效益，也提升的公司客車的品牌。

參考文獻

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