不銹鋼車體結(jié)構(gòu)的材料與焊接方法研究

王漢卿 蔡玉清 沈建國(guó)

摘要：車體各結(jié)構(gòu)通常使用不銹鋼材質(zhì)，因該種材料可以幫助車體抵抗各種腐蝕的侵襲、抵御高強(qiáng)度的沖擊。同時(shí)不銹鋼材料質(zhì)量輕，因此使用后可減輕車輛重量。焊接由不銹鋼材質(zhì)制成的車體不同部位，需要區(qū)分部位的差異性，采取點(diǎn)焊、脈沖熔化極氣體保護(hù)焊、脈沖TIC焊接工藝等在內(nèi)的焊接方式。

關(guān)鍵字：不銹鋼;焊接工藝;點(diǎn)焊;氣體保護(hù)焊

一、不銹鋼車體結(jié)構(gòu)材料

通常車體包含幾大部分，如側(cè)墻、底架、地板等。車體整體采用SUS301L、SUS304奧氏體不銹鋼材料。其中，不同部分所需的不銹鋼材質(zhì)略有差異。底架通常使用的是優(yōu)質(zhì)耐候鋼用于制成牽引梁和枕梁;將δ≤2 mm的不銹鋼薄板經(jīng)過滾軋工序變成波紋板，便于用于側(cè)墻板、地板。下表便是關(guān)于SUS301系列中不同牌號(hào)的不銹鋼類別的性能分析數(shù)據(jù)，車體中車門內(nèi)外板、外板立體接頭、車頂彎梁、波紋地板、邊梁、可分別對(duì)應(yīng) LT、DLT、ST 、MT、 HT等不同不銹鋼牌號(hào)。

二、關(guān)于不同車體部位的不銹鋼材料焊接工藝

滾焊、氬弧焊電焊、等離子弧焊等都屬于不銹鋼材料專屬的焊接工藝方法。不同的焊接工藝適用于車體不同的焊接部位。例如，焊接不銹鋼車體大多運(yùn)用氬弧焊點(diǎn)焊和滾焊工藝;8≤4mm的薄板以及8≥3mm的構(gòu)件，通常運(yùn)用TIC焊接以及MIG焊接;滾焊可高效焊接頂板、波紋地板等薄板。

一.底架

不銹鋼車體的底架對(duì)外觀質(zhì)量沒有做過多的要求，但是尤其重視的便是底架的強(qiáng)度。整體底架的焊接采用氬弧焊的焊接方式，將耐候鋼和不銹鋼件焊接組合，形成完整的不銹鋼車體底架構(gòu)造。

（二）車頂

車頂有兩部分構(gòu)成，一是車頂?shù)捻敯澹闶擒図數(shù)墓羌?。首先，車頂?shù)捻敯迨切枰獙⒉y不銹鋼通過滾焊焊接的方式，將所有的波紋不銹鋼板焊接成整張頂板。然后將頂板按照順序鋪設(shè)在車頂骨架上，并通過氬弧焊的方式連接頂板和車頂骨架。

二.側(cè)墻

全車最為核心的部分便是側(cè)墻部件。與車體底架不同的是，車體的側(cè)墻需要擁有優(yōu)質(zhì)的美觀度和平整度。同時(shí)長(zhǎng)度和高度也要達(dá)到硬性要求，側(cè)墻的焊接可通過點(diǎn)焊的方式進(jìn)行連接，但需要注意的是點(diǎn)焊之后的側(cè)墻表面不能出現(xiàn)凹痕，以免影響車輛美觀度。

三.端墻骨架

采用不銹鋼所制造的車體骨架作為車體的定位基準(zhǔn)，可采用點(diǎn)焊的工藝手段，目的在于提升骨架的平整度，以免焊接發(fā)生變形。

四.波紋地板

由波紋板組成的車體車頂板和地板，如果采用點(diǎn)焊的焊接方式，將兩者之間存在的焊縫進(jìn)行填補(bǔ)，只會(huì)造成更為惡劣的車頂泄漏等不良影響。但如果不針對(duì)焊縫采取措施進(jìn)行補(bǔ)救，那么便無法保證車體的密封性，解決此類問題便需要運(yùn)用滾焊的方式，通過電極滾動(dòng)所產(chǎn)生的連續(xù)熔核，既能夠填補(bǔ)焊縫的空缺，同時(shí)也能夠保證波紋板的完整性。

三、不銹鋼焊接問題及解決對(duì)策

一.晶間腐蝕問題

不銹鋼焊接所出現(xiàn)的晶間腐蝕現(xiàn)象，嚴(yán)重影響材料的耐腐蝕性。究其原因在于不銹鋼中碳化已超出標(biāo)準(zhǔn)。為了中和過多的含碳量，可加入一些穩(wěn)定元素，如鈦元素等，降低碳化絡(luò)析出含鉻量。

二.接熱裂紋敏感性問題

不銹鋼焊接熱裂紋敏感性現(xiàn)象的規(guī)避，可運(yùn)用較小規(guī)范控制焊縫中的雜質(zhì)元素含量，目的在于防止金屬過熱或晶粒長(zhǎng)大粗化。

三.應(yīng)力腐蝕問題

不銹鋼材料中殘余的應(yīng)力在不斷的累積當(dāng)中，造成對(duì)材料的腐蝕。而此種問題的解決方法包含表面處理、退火熱處理等不同方式。除此之外，在設(shè)計(jì)不銹鋼車體的過程當(dāng)中，設(shè)計(jì)應(yīng)規(guī)避應(yīng)力集中也可以對(duì)應(yīng)力腐蝕起到相應(yīng)的防止效用。

四、不銹鋼車體結(jié)構(gòu)焊接方法

（一）電阻電焊工藝

由于不銹鋼具有特殊的物理性，因此在焊接方面需通過點(diǎn)焊工藝連接不銹鋼車體側(cè)墻板、構(gòu)件和端墻板。但是通過該種焊接方式，一旦焊接線能量超出標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷，焊接殘余應(yīng)力會(huì)直接導(dǎo)致不銹鋼焊接變形，改變焊后金相組織，降低材料的強(qiáng)度形成晶間腐蝕。針對(duì)種種弊端，最需要做的便是采用電阻電焊，減少焊接缺陷。

點(diǎn)焊新型鋼結(jié)構(gòu)部件，需要選取最佳的電焊焊接參數(shù)范圍。選定方式可通過接頭試件力學(xué)性能以及焊點(diǎn)端面的破壞性實(shí)驗(yàn)，從而做出最佳抉擇。無損檢測(cè)點(diǎn)焊接頭無法在實(shí)際操作中進(jìn)行，而點(diǎn)焊試件的質(zhì)量則需要驗(yàn)證點(diǎn)焊質(zhì)量和接頭強(qiáng)度來得以實(shí)現(xiàn)。通過使用普通的工頻交流點(diǎn)焊機(jī)，進(jìn)行焊接循環(huán)，無需借助特殊的工藝措施，則可有效保證焊接質(zhì)量。

（二）脈沖熔化極氣體保護(hù)焊（GMAW）

GMAW焊接借助脈沖峰值電流焊接不同厚度的不銹鋼車體低合金鋼板材。脈沖熔化極氣體保護(hù)焊在生產(chǎn)效率方面相較于TIC焊接工藝，生產(chǎn)效率高于后者3～4倍，并同時(shí)兼具熱量集中、大功率電弧等各種優(yōu)勢(shì)。除此之外，相較于MIG焊接工藝，GMAW焊接工藝在熱輸入量方面大幅度遞減，同時(shí)也可高效的提升熔深和電弧挺度。

（三）脈沖TIC焊接工藝

脈沖TIC焊接工藝在脈沖作用下，每個(gè)焊接點(diǎn)都能夠獲取優(yōu)質(zhì)的焊接熱循環(huán)。在熱數(shù)量降低的前提下，焊接薄板或者車體底層。焊接過程飛濺少，同時(shí)焊接完畢后的焊縫外觀美觀。為有效開展脈沖TIC焊接工藝。需要注意以下幾點(diǎn)技術(shù)要點(diǎn)：第一，焊槍頂端一般最適宜伸出的電極長(zhǎng)度大約為4～5mm，電極長(zhǎng)度5～6mm是用在較深區(qū)域開口處，而2～3mm一般應(yīng)用在角接頭保護(hù)性不好的焊接區(qū)域;第二，1～3mm的電弧長(zhǎng)度可以有效的規(guī)避焊接缺陷;第三，當(dāng)電流和焊接速度處在較低的范圍之內(nèi)，可以規(guī)避底層焊接所發(fā)生的底層焊道氧化、高溫裂紋等不良現(xiàn)象;第四，為獲得高質(zhì)量焊縫，焊接送絲焊接前一點(diǎn)需要提供直徑2/3的范圍用于被后一焊點(diǎn)壓住。

五、結(jié)論

綜上所述，目前不銹鋼材料焊接工藝方法仍伴隨著焊接變形、焊接熱影響等需改善的問題和弊端，目前流行的激光焊對(duì)于熱輸入量以及焊接變形方面體現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于目前使用的焊接方式還需不斷優(yōu)化焊接工藝參數(shù)，將其應(yīng)用于不銹鋼制造和焊接，進(jìn)而為車體結(jié)構(gòu)的良性發(fā)展保駕護(hù)航。

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