CO2焊在客车车身中焊接的应用研究毕业论文.doc

CO2焊在客车车身中焊接的应用研究焊在客车车身中焊接的应用研究 摘 要 随着客车日益向着大型 豪华 舒适 安全的趋势发展 焊接技术在客车行 业也起着越来越重要的作用 高质量的品质对焊接质量的要求也越来越高 CO2气体保护焊在客车车身焊接中有着很广泛的应用 对客车车身焊接质量 的影响是不容忽视的 本文通过分析客车车身常用的焊接方法 原理 设备特点 工艺参数等 阐述了焊接方法及原理 焊接设备的特点以及客车车身 CO2气体保 护焊需要的质量及工艺要求 并确定了合理的焊接方法 揭示了客车车身焊接中 需要注意的事项 明确了实际操作中合理的焊接工艺参数 文中对焊接缺陷产生 的原因进行了详细分析 为在实际操作中尽量避免焊接缺陷提供依据 从而确保 了客车车身的焊接质量 关键词 客车 焊接质量 车身 骨架 焊接工艺 IN THE BUS BODY THE CO2 WELDING WELDING OF APPLICATION RESEARCH ABSTRACT With the increasingly toward large luxurious passenger comfortable and safe direction development situation welding technology in the passenger car industry also plays a more and more important role high quality quality on welding quality request more and more is also high CO2 shielded welding in bus body The welding has a wide range of applications for bus body welding quality is non negligible Through analysis of bus body The welding method principle used equipment characteristics process parameters learned welding method and principle welding equipment of characteristic and bus body The CO2 protection welding quality and technological requirements needed and determines a reasonable welding method Study the properties of materials the principle of method and the welding equipment characteristics can make a definite reasonable welding process parameters this paper analyzed weld defects in practical operation avoid welding defects produce thus ensure welding quality of bus body KEY WORDS Coaches The welding quality Body Frame Welding process 目 录 前 言 1 第 1 章 客车发展现状及趋势分析 2 1 1 客车综述 2 1 1 1 概述 2 1 1 2 国内外客车市场现状 3 1 2 本文研究的意义 4 第 2 章 客车车身结构分析 6 2 1 客车车身的结构及作用 6 2 1 1 半承载车身结构 6 2 1 2 非承载车身结构 6 2 1 3 全承载车身结构 6 第 3 章 客车车身的焊接技术分析 8 3 1 客车车身焊接 8 3 1 1 焊接方法及原理 8 3 1 2 客车车身焊接的特点 8 3 1 3 焊接设备特点 9 3 2 客车车身 CO2保护焊焊接需要的质量及工艺要求 9 第 4 章 影响客车车身焊接质量的因素及优化方法 14 4 1 车身骨架焊接中产生缺陷的原因及预防方法 14 4 1 1 焊接结构的应力和变形因素 14 4 1 2 焊接工艺参数对工件的影响 14 4 1 3 装配间隙对焊接质量的影响 15 4 1 4 焊接产生气孔的原因分析 16 4 2 车身骨架焊接的保护措施 16 4 3 客车车身焊接检验标准 22 4 4 提高焊接质量的相应措施 23 结 论 24 谢 辞 25 参考文献 26 外文资料翻译 28 前 言 客车按总体结构可分为单车和列车 单车是基本车型 按客车总重或设置座 位数常分为大 中 小型 中国规定单体客车的长度一般不超过 12 米 列车的 车厢和车架分为前后两节 两节车架用铰接盘连接 两节车厢用活动褶篷连接 使车厢前后相通 故又称为铰接式或通道式客车 客车因其具有良好的经济性 安全性 机动灵活性 低碳环保性等独特的优势渐在众多交通工具中占据着重要 地位 成为交通运输业中不可替代的一部分 尤其在今天这个公路交通系统越来 越发达的今天 随着人们生活节奏的加快及对公路交通安全性和舒适性的要求 中型大型及豪华型客车的市场和应用越来越广泛 客车车身是一个特殊的产品 是结构设计 工艺制造与艺术造型相结合的工艺产品 由于产品的特点对车身制 造质量和制造技术水平要求较高 因此 按照大客车车身要求 对大客车零部件 骨架总成焊接工艺 生产线车身焊装工艺进行分析并优化工艺设计及焊接后的质 量检验显得尤为重要 客车骨架是客车的重要部件 是厂家设计水平的体现和制 造水平的反映 由于骨架在承载能力 外观造型及实现产品功能上的重要作用 在客车产品的设计和制造中应特别予以重视 大型客车因为体形庞大 焊接部位 多 部分尺寸精度和位置精度要求较高 支承起来难度较大 尤其是整体变形问 题 一直是困扰工艺人员的一大难题 骨架在焊接过程中 对金属材料是一种不 均匀的加热和冷却 焊接时 加热的热源是移动的高温电弧 焊缝和热影响区金 属温度很高 金属受热膨胀 但又受到常温金属的阻碍和抑制 便产生了压缩塑 性变形 结构件的焊接变形程度与施焊时热源的输入能量成正比 骨架焊接中存 在的主要问题 焊缝易产生裂纹和未融合 起收弧处易产生弧坑及弧坑裂纹 凸 形焊道 焊道下垂 焊缝上端易形成咬边 下端易形成焊瘤 其它焊缝缺陷 如 气孔 夹渣等 确保车身的焊接质量是客车生产中首要攻克的难题 因此需要研 究客车车身焊接的注意事项 要通过焊接试验和焊接工艺评定来确定最合理的焊 接工艺参数并严格实施 来保证客车车身的焊接质量和强度 第 1 章 客车发展现状及趋势分析 1 1 客车综述 1 1 1 概述 客车因其具有良好的经济性 安全性 机动灵活性 低碳环保性等独特的优 势渐在众多交通工具中占据着重要地位 成为交通运输业中不可替代的一部分 在我国 城市和公路的客运已成为中 短途旅客的主要运输方式之一 2007 年公 路客车日运送旅客 5618 万人次 全年客运量达 205 07 亿人次 分别占全社会客 运量和旅客周转量的 92 和 53 2 其中高速公路每天运送跨省旅客 100 万人次 以上 客车车身是一个特殊的产品 是结构设计 工艺制造与艺术造型相结合的 工艺产品 由于产品特点的要求 因此对车身制造质量和制造技术水平要求较高 如图 1 1 所示 客车由发动机 底盘 车身和电气等部分构成 客车的动力性 燃油经济型 舒适性 安全性和可靠性等性能取决于发动机 离合器 变速器 前桥 后桥 转向装置 制动装置 悬架装置和电气装置等各总成的技术性能指 标以及各总成之间的良好匹配 也依赖于整车的布置和车身的人性化设计 发动 机和底盘各总成的技术性能耗是客车各种基本性能的基础 客车车身为驾驶员提 供便利的工作环境 为乘客提供舒适的乘坐环境 在发生交通事故时 安全的车 身结构和乘员保护系统有助于减轻对乘员和行人造成的伤害 在今天这个公路交 通系统越来越发达的今天 随着人们生活节奏的加快及对公路交通安全性和舒适 性的要求 中型大型及豪华型客车的市场和应用越来越广泛 安全 舒适 环保 快捷的城市和公路客运是现代交通运输体系中不可或缺的要素 城市客车 公路 客车 旅游客车是城市 城间 旅游专线等旅客运输的主要交通工具 专用客车 如机场摆渡巴士 校车等是适合于特定场合和人员运输的车辆 1 1 2 国内外客车市场现状 我国的客车工业起步于 20 世纪 70 年代 经过 30 多年的发展和国家重点改 造 通过引进技术 中外合资 现已具备一定的技术基础 随着国民经济的快速 增长 我国客车市场得到较大规模的发展 大中型客车已经形成高 中 低档兼 备的产品格局 近 10 年来 通过合资 合作和技术引进 我国已具备了先进的 客车车身和底盘制造技术 但是 整体上与国际水平相比仍有差距 主要表现在 首次故障里程 平均故障里程 使用寿命等指标明显低于国际水平 缺少适合高 速公路使用的客车发动机 特别是缺少适用于高速公路的高档客车底盘等 底盘 的品种少 质量低 也制约了客车行业的发展 二十世纪 90 年代至二十一世纪 初 国内众多的客车企业先后投入大量资金进行大规模的技术改造 引进国外先进 的产品 制造技术和工艺装备 促进和带动了客车行业的发展 加快了我国客车产 品的升级换代 我国大中型客车的产销开始走出低谷 全面回升 2002 年 大中 型客车生产能力已超过 10 万辆 市场需求保持了快速增长的态势 近 10 年来 客车市场的另一大特征就是柴油化率在稳步提升 至 2006 年 大中型客车中柴 图 1 1 客车框架及结构 油车已超过 90 国外客车生产比较集中的国家有美国 日本 德国 俄罗斯 瑞典 匈牙利 和南斯拉夫等 欧洲作为世界商用车的中心 不仅诞生了世界上第一辆客车 而 且拥有庞大和成熟的客车工业体系 数量众多的客车制造企业及其强大的研发能 力 使得欧洲在客车诞生 100 多年之后 依然引领着世界客车工业的方向 从发 动机到变速器 从底盘到车身 欧洲无一不走在世界客车业的前列 欧洲和日本的客车技术水平和科研能力居世界首位 我国客车企业引进的客 车技术也主要集中在欧日 2 大系列 全球比较著名的客车整车及底盘生产企业有 德国的奔驰 曼 凯斯鲍尔和尼奥普兰 法国的雷诺 意大利的依维柯 菲亚特 集团 瑞典的沃尔沃和斯堪尼亚 匈牙利的伊卡露斯 日本的五十铃 日产柴 和日野等 由于大中型客车行业具有产量低 品种多的特点 所以自动化水平都 不是很高 一般客车厂年产量基本保持在 2000 辆左右的水平 在上述厂家中 德国的大中型客车技术在世界上一直保持领先地位 近 20 年来 在国内客车市场快速成长 国外客车技术登陆我国的双重拉动 下 我国客车企业不断借鉴国外客车有关技术 工艺 管理 营销乃至企业文化 等方面的经验 取得了一次又一次量与质的飞跃 走过了欧洲客车工业近半个世 纪才走完的路程 中国的客车制造业开始融入国际市场 并已逐步发展成为了全 球客车制造中心 1 2 本文研究的意义 客车是广泛应用于交通运输领域的一种重要的必不可少的交通运输工具 随 着我国经济建设的发展 公路交通系统越来越发达 国民生活水平的提高以及生 活节奏的加快对公路交通安全性和舒适性的要求越来越高 中型大型及豪华型客 车的市场和应用越来越广泛 安全 舒适 环保 快捷的城市和公路客运是现代 交通运输体系中不可或缺的要素 这样一来就对客车的性能要求越来越高 客车 制造技术是一门综合技术 其发展更多依赖于相关领域技术的发展 如力学 材 料科学 电气技术 自动控制 机械加工理论等 因此追踪其它领域技术发展并 借鉴其优秀成果 有利于本领域技术的发展与突破 近年来 随着智能化 电子 化得 CAN 总线技术不断得以应用 将对客车的动力性 操作稳定性 安全性 燃 油经济性等得到更佳的匹配及新的提高 客车车身对于整车来说既是承载单元又 是功能单元 重要程度不言而喻且其主要是焊接件组成 因此对于在焊接过程中 对于焊接方法及主要缺陷的研究具有重要意义 知道主要有哪些缺陷以及防治措 施 本文通过对优化设计和焊接技术的研究论述 为提高客车车身安全性 舒适 性 可靠性提供了有力的保证 第 2 章 客车车身结构分析 2 1 客车车身的结构及作用 在客车结构中 车身既是承载单元又是功能单元 作为承载单元 在客车行 驶中要承受多种载荷的作用 作为功能单元 车身为驾驶员提供便利的工作环境 为乘客提供舒适的乘坐环境 保护他们免受客车行驶时的振动 噪声 废气的侵 袭以及外界恶劣气候的影响 在发生交通事故时 可靠的车身结构和乘员保护系 统有助于减轻对乘员和行人造成的伤害 车身结构也是车身和底盘零部件装配的 基础件 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 2 1 1 半承载车身结构 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 2 1 2 非承载车身结构 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 2 1 3 全承载车身结构 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 全承载客车车身结构以其车身质量较轻 结构刚度高 比传统的非承载式客车车身具有更好的安全性 舒适性和环保性等 优点以经逐渐成为客车设计的主流 第 3 章 客车车身的焊接技术分析 3 1 客车车身焊接 3 1 1 焊接方法及原理 客车车身主要由底骨架 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 它的质量关系到整台客车的性能和安全 客车车身车架多 选用了焊接性较好的低碳钢薄壁型杆件 焊缝是成形较难控制相接的相贯线 在 焊接过程中主要运用二氧化碳气体保护焊 保证接头处的强度和硬度 保证受力 不变形 3 1 2 客车车身焊接的特点 客车车身焊接的特点从以下三个方面来说 1 产品结构 由于车身长度和用途不同 其车身结构也有较大的差异 6M 以下的客车由于车长较短车身的结构形式基本与轿车相似 一般采用承载式车身 车身构件多为薄板冲压件焊接而成 较少采用骨架结构 而 7M 以上的大 中型 客车车身结构多由骨架和蒙皮构成 又骨架形成车体并承载 既要保证足够的强 度 还要起到造型 装饰等作用 蒙皮覆盖件主要起到装饰 密封作用 2 生产规模 客车是批量生产的产品 但在生产量上与轿车相比差距较大 轿车属单品种大批量生产的产品 大量采用冲压件和自动化焊装作业线 自动化 程度高 而客车批量较小且车型系列多 变形快 因此客车生产中按车型系列布 置流水线 采用通用夹具和专用夹具 大量采用人工装配焊接 3 工艺特点 客车车身零件主要是低碳钢薄壁型杆件 钢板冲压件等 焊 接性能良好 型钢的形状及尺寸根据车身结构需要而定 壁厚一般为 2 4mm 蒙 皮覆盖件厚度为 1mm 左右 车身结构件焊接大量采用 CO2气体保护焊 对于蒙 皮件的焊接更多是采用电阻焊 在焊接方法上在此主要探讨二氧化碳气体保护电弧焊 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 因此焊 接的质量好坏关系到整个客车的性能和安全 3 1 3 焊接设备特点 CO2电弧焊的特点 1 生产效率高 CO2电弧的穿透力强 熔深大而且焊丝的熔化率高 所以熔 敷速度快 生产率比手工焊高 1 3 倍 2 焊接成本低 CO2气体是酿造厂和化工厂的副产品来源广 价格低 因而 CO2保焊的成本只有埋弧焊和手工焊的 40 50 左右 3 能耗低 CO2电弧焊和药皮焊条手弧焊相比 3mm 厚低碳钢板对接焊缝 每米焊缝消耗的电能 前者为后者的 70 左右 25mm 厚低碳钢板对接焊缝 每 米焊缝消耗的电能前者仅为后者的 40 所以 CO2电弧焊也是较好的节能焊方法 4 适用范围广 不论何种位置都可以进行焊接 薄板可焊到 1 mm 左右 最 厚几乎不受限制 采用多层焊 而且焊接薄板时较气焊速度快 变形小 5 抗锈能力较强 焊缝含氢量低 抗裂性好 6 焊后不需清渣 又因是明弧便于监视和控制 有利于实现焊接过程的机械 化和自动化 7 焊丝利用率高 CO2电弧焊与药皮焊条手弧焊相比 CO2电弧焊所用焊丝 利用率达 99 以上 而手弧焊所用焊条的利用率只有 80 左右 8 焊接变形小 CO2电弧焊时 焊接工件热影响区 焊接电流都比手弧焊小 焊接速度比手弧焊快 所以 焊接变形小 3 2 客车车身 CO2保护焊焊接需要的质量及工艺要求 1 先将散件组焊成部件 再由部件组焊成六大片分总成 2 确定焊条的种类 直径 焊接条件及预热条件 3 焊接检查 根据目测进行焊接部位的表面缺陷检查 当目测不能检查时用 探伤检查 进行超声波探伤 其标准检查按 JG T5082 1 1996A 级执行 4 各骨架的型材焊接一律为全周焊接 焊接质量按 JG T5082 1 1996B 级执 行 5 所有级别焊缝不准有裂纹 烧穿 6 焊接外表面质量的评定级别 7 1 对接焊缝分为 4 个评定级别 见表 3 1 T 型接头 十字接头及搭接 接头角焊缝分为 3 个评定级别 见表 3 2 2 其他型式的焊缝质量可参照表 3 1 表 3 2 评定 8 焊缝内部缺陷及其射线探伤的评定级别应符合 GB 3323 表 3 1 单面或双面对接焊缝的外表面状态 表 3 2 T 型接头 十字接头及搭接接头角焊缝的外表面状态 表 3 2 T 型接头 十字接头及搭接接头角焊缝的外表面状态 第 4 章 影响客车车身焊接质量的因素及优化方法 4 1 车身骨架焊接中产生缺陷的原因及预防方法 4 1 1 焊接结构的应力和变形因素 骨架在焊接过程中 由于焊件受到电弧不均的加热 致使受热区域的金属膨 胀程度不一致 因而产生内应力特别是焊缝加速冷却后其残余的应力更大 变形 形式有两类 一是整体变形 二是局部变形 局部变形大了 降低结构的承载能 力和影响骨架组合件的相互连接 整体变形在焊接变形中是一个严重问题 它在 焊接中经常出现 它将引起焊接件几何尺寸的改变 使其不能达到设计要求 甚 至因无法校正而报废 另外 角变形和扭曲变形也将对骨架的结构强度和几何尺 寸产生很大的影响 4 1 2 焊接工艺参数对工件的影响 CO2保护焊的工艺参数包括焊丝直经 电弧电压 焊接电流 焊丝伸出长度 焊接速度 气体流量电感量及电源极性等 这些参数的合理选用对焊接工艺性 焊缝质量均有不同程度的影响 其中影响较大以及在实际生产中经常遇到却又不 易掌握的参数是电弧电压与焊接电流 实践证明 焊接时如果电弧发出柔和的嘶 嘶声 则说明焊接电流与电弧电压的匹配比较好 此时的焊接工艺性及焊缝质量 均能满足要求 反之 发出暴躁的电弧声响 就难以获得良好的焊接质量 一定 焊接电流下的最佳电弧电压一般只有 1V 之差 所以 焊接时必须进行认真仔细 的调节 具体调节参数如表 4 1 所示表 表 4 1 焊接工艺参数 此外 焊丝伸出长度过长 会使飞溅增加 气体保护效果差 容易产生气孔 焊接速度过快 不但会产生气孔 还会引起未焊透 而焊接速度太慢 将发生烧 穿或使焊缝加厚高过大 气体流量太大或太小均会破坏气体保护作用 产生气孔 因此 既要重视电弧电压与焊接电流的最佳匹配 又要注意其他工艺参数的控制 4 1 3 装配间隙对焊接质量的影响 工件的装配间隙对于防止未焊透 降低焊缝加厚高都有一定的影响 装配间 隙过小 特别是当接缝紧贴时 易产生未焊透 有些部位熔透深度不到板厚的 1 3 如图 4 1 所示 未焊透是一种危害严重的焊接缺陷 它使焊缝强度降低 引起应力集中 容易产生焊接裂纹 因而严重降低客车车身承受疲劳载荷的能力 过去骨架构件采用的冲压件 大部分为开口截面 可以进行双面焊或加焊加强板 从而避免了根部未焊透 降低了它的危害 但目前使用的矩形钢管是封闭截面 只能在外表面进行单面焊 特别是焊缝磨平后 熔深太浅的焊缝甚至会脱焊而平 焊缝不但有产生未焊透的危险 而且会使焊缝加厚高比较大 过大的装配间隙又 有发生烧穿的可能 在保证焊接质量的前提下 焊缝加厚高应尽可能低 因为过 高的加厚高反会降低焊缝的动载强度 而且又浪费工时和材料 尤其是在要求焊 缝磨平的情况下 过高的加厚高将大大增加工人的劳动强度 并严重污染工作环 境 车身骨架构件的板厚一般为 1 5 3 0mm 在保证焊接质量的前提下 为了尽可 能降低焊缝加厚高 选用 0 3 0 5mm 的装配间隙比较合适 目前骨架构件都采用 异形管或冲压组合件 由于下料设备比较简陋 所以构件的下料长度尺寸难以达 到上述要求的精度 保护焊在焊接薄板时具有不易烧穿的特点 因此当骨架构件 平焊缝的装配间隙大于 1 1 5mm 时只要通过适当的运条技术仍然可以防止烧穿和 降低加厚高 当然 此时会影响生产率的提高为了严格控制装配间隙 在确定构 图 4 1 熔透深度 件长度时不但在设计上应是合理的 而且在工艺上也应是可行的 其次 在单件 或组合件下料工序上应严格把好长度尺寸关 最后 在装配时应使构件两端接缝 处的装配间隙尽可能地均匀 力求避免一边过大 另一边紧贴的现象 4 1 4 焊接产生气孔的原因分析 气孔是 CO2保护焊时比较容易出现的质量问题 产生气孔的原因是多方面的 虽然 CO2保护焊具有一定的抗锈能力 但因我国南方地区及沿海一带空气湿度大 加之车身骨架构件从下料到投入装配之间的周期又较长 如果构件不作适当的防 锈处理 则构件表面会产生严重的锈蚀 实践证明 经过防锈处理后的构件进行 CO2保护焊基本上不产生气孔 CO2保护焊是通过气体来保护熔池的 因此当保 护气体的质量较差或者保护气罩受到干扰破坏时 都可能导致气孔的产生 气体 不纯 水分含量高或当气瓶压力降至 1MPa 以下时 若继续使用就很可能产生气 孔 气体流量不足 外界空气容易侵入熔池而使气孔产生 导致这种情况的因素 是多方面的 如气瓶和减压阀调整不当或者由于冻结泄漏 气路和接头处有泄漏 及堵塞等等均会减少气体的实际流量 从而破坏气体的保护效果 喷嘴内壁和气 体分配环上的部分小孔被飞溅物堵塞 致使流出的气体不均而产生气孔 由于外 界气流及风源的干扰破坏了气体保护效果 导致空气侵入而产生气孔 焊接规范 不当操作不正确 焊丝伸出过长及收弧太快等也会导致气孔的产生 此外 焊丝 上的油污未净 焊丝含锰及硅量偏低 造成熔池冶金反应不充分 另外 脱氧不 完善也会产生气孔 4 2 车身骨架焊接的保护措施 焊接条件不当 电源缺相等原因造成一次电压输入不平衡 接地位置不当导 致磁偏吹 这些都可最终导致飞溅增多 在一般材料焊接时 采用反接 焊丝接正 极 的方式 可使电弧稳定 减少飞溅 选择合适的回路电感值调节电流的动特性 以获得合适的短路电流增长速度 从而减少飞溅 另外 通过一定的材料措施时 可以有效控制飞溅 但失去了 CO2焊原有的简单经济的特点 解决飞溅问题的最 好办法就是针对电源的动 静特性进行改进 成效显著而且不增加成本 减少金 属飞溅的措施是 CO2电弧焊最主要的 焊接电流和电压 在 CO2电弧中 对于每种直径焊丝 其飞溅率和焊接电流 之间都存在着规律 在小电流区飞溅率较小 进入大电流区飞溅率也较小 而中 间区飞溅率最大 在选择焊接电流时 尽可能避开飞溅率高的电流区域 电流确 定后再匹配适当的电压 以保证飞溅量最少 焊枪角度 焊枪垂直时飞溅量最小 倾角越大 飞溅越多 焊枪前倾或后倾 最好不超过 20 半自动 CO2电弧焊时 采用左焊法时 焊枪后倾角为 10 15 采用右焊法时 焊枪前角为 10 15 如图 4 2 所示 气孔缺陷 焊接时 熔池中的气泡在凝固时未能逸出而残留下来所形成的 空穴称为气孔如图 4 3 所示 焊接有 3 种焊缝保护方法 真空 气相和渣相保护 作为采用 CO2的气相保护焊接方法 气孔是各种缺陷中发生频率较高的问题 CO2焊不同于埋弧焊或手工电弧焊 焊接时 焊缝熔池表面没有熔渣覆盖或者真 空保护 高速喷出的从气流对熔化金属具有很强的冷却作用 这导致焊缝凝固较 快 熔池中的气体不能及时逸出 从而在焊缝中产生气孔缺陷 气孔的存在减小 了焊缝的有效截面面积 降低了接头的致密性 从而导致接头承载能力和疲劳强 度的降低 气孔缺陷包括表面气孔和深层气孔 后者更是需要打磨或无损探伤后 方可发现 因肉眼无法直接观察 故而深层气孔危害性更大 在焊接生产中应严 格避免此类缺陷的发生 CO2焊可能产生 3 种气孔 一氧化碳气孔 氢气孔和氮 气孔 图 4 2 焊接方向及焊枪前后倾角的关系 下面分别介绍这 3 种气孔的产生原因以及防治措施 1 一氧化碳气孔 一氧化碳气孔主要为深层气孔 一氧化碳 CO 气体有 2 个 来源 其一 CO2气体在电弧的高温作用下会发生分解 形成 O2和 CO 其二 O2分解出的 O 原子与 Fe 元素发生作用 形成的 FeO 溶入熔池再与 C 元素发生反 应 同样会产生 CO 气体 如果气体不能及时析出熔池 便会在焊缝中形成 CO 气孔 由化学反应过程不难发现 如果熔池中含有足够的脱氧元素 CO 气体的 产生便会得到抑制 在焊缝金属成分一定的情况下 通常在焊丝中添加脱氧剂 这样可以有效预防 CO 气孔的产生 常用的脱氧元素有 Al Ti Si Mn 等 CO2 焊丝多采用 Si Mn 元素进行联合脱氧 2 氢气孔 氢气孔主要为表面气孔 氢气 H2 的产生与焊接时的杂质有关 例如铁锈 油污 水 底漆等 另外 CO2气体中也会含有少量水分 这些杂质都 成为氢气孔产生的原因 底漆 油污为碳氢化合物 而铁锈中含有结晶水 它们 在电弧的高温作用下都会分解出 H2 气瓶中的液态 CO2中可溶解 0 05 的水 如 果混合了水中的 CO2气体进入焊接区 同样会产生 H2 因此 CO2焊前一定要清 除焊件及焊丝表面的油污和铁锈 同时在使用 CO2气体时 一定要在气路中安装 干燥器 这些措施均可减少氢气孔 3 氮气孔 氮气孔主要为表面气孔 氮气 N2 表面气孔和深层气孔主要来源 于侵入焊缝区的空气 氮气孔表面气孔产生的原因主要是保护气体失效 生产中 CO2气流量过小 导电嘴堵塞 焊枪与工件距离过远 都会导致 CO2气体保护效 果不好 同时不可忽略的一个因素就是 场地侧向风 只要尽力保证 CO2气体 的保护作用 氮气孔就会得到很好的抑制 综合以上几个方面 气孔缺陷的防治主要有以下方法 1 必须清理表面杂质 焊前要去除焊材表面的油污 水分 铁锈 尽量采用 无底漆焊接 若焊件表面带漆 焊接时应延长电弧燃烧时间 待漆层被电弧加热 至蒸发后再开始金属焊接 2 选择合适的焊接规范参数 焊接电流 电弧电压一 定要配合适当的焊接速度 使母材熔化和凝固速度均匀 保证焊接中的气体能够 顺利逸出 3 焊接设备状态必须良好 焊枪喷嘴要及时清理 要经常检查送气管 是否漏气 打折 保证保护气体流通顺畅 4 气路中必须添加气体干燥器 使用 时必须经常检查瓶中气压 气体流量是否符合工艺要求 实践证明 CO2瓶中气 压降至 1MPa 以下时 保护气体应停止使用 此时 CO2气体中的水分含量是满瓶 时的 3 倍 如果继续使用将极易出现气孔 5 尽量保证焊接场地无侧向风 如果 场地有侧向风或者是露天施工 可适当加大气体流量 以保证气体具有足够的 刚度 提高保护效果 未焊透缺陷如图 4 4 所示 焊接时 母材金属之间应熔合却未焊上的缺陷称 为未焊透 由于未焊透会造成较大的应力集中 在其末端往往容易产生裂纹 因 此 这是一种危害性极大的焊接缺陷 骨架焊接多采用直径 1 0 和 1 2mm 的细丝 焊接 若焊接线能量输入不够 则很容易发生未焊透 客车制造中常见的平焊缝 单面焊和双面焊无背面渗透时都可能产生这种缺陷 另外 焊件间隙或坡口过大 焊枪角度 运枪方向等焊接手法不到位等因素 同样会导致未焊透 未焊透缺陷的防治主要有以下方法 1 提高焊接线能量的输入 2 保证适当的间隙或坡口尺寸 保证焊缝金属能 够熔透母材 平对接位焊时 焊件组对最好留出 2 3mm 的间隙 如果工件较厚 厚度大于 6mm 则需加大间隙或者考虑开坡口 尽量采用多道焊 3 提高焊接手 法 焊接时 保持左右摆枪或直线往复运枪 使熔化金属均匀填满整个间隙 焊 枪角度以垂直状态为最佳 左右倾斜角度一般不应超过 20 小资料 焊接线能 图 4 3 气孔缺陷 量熔焊时输入到单位焊缝长度上的热量称为焊接线能量 由于它直接反映电弧电 压 焊接电流和焊接速度这 3 大焊接参数对焊接过程的影响 因此是一个非常重 要的焊接性能指标 由于工艺参数选择不当而发生的焊接缺陷 都可通过调整这 一参数来制订解决方法 线能量的计算公式为 q IU 其中 q 为线能量 J cm I 为焊接电流 A U 为电弧电压 V 为焊接速度 cm s 形状缺陷 焊缝外形美观是焊接操作的一项基本要求 成形均匀 表面光滑的 焊缝不仅视觉感观好 而且焊缝内部的应力分布均匀 力学性能也好 抗拉强度 和疲劳强度都能得到保证 常见的形状缺陷包括咬边 焊瘤 烧穿 焊缝尺寸和 外观缺陷等 下面分别介绍这几类缺陷的产生原因以及应对措施 咬边焊接时沿着焊趾的母材部位烧熔形成沟槽或凹陷的缺陷称为咬边 咬边 气孔 未焊透这 3 种焊接缺陷具有极高的危险性 母材边缘形成的尖锐缺口往往 成为为焊缝断裂的多发部位 焊接时需要高度注意 常见的咬边缺陷有 3 种类型 产生原因也不尽相同 1 普通平焊位在大电流 高速焊时 焊接线能量输入大 最容易出现咬边 另外 焊对接接头时 如果操 作者的手法不稳 焊丝端头致母材边缘迅速熔化 也会形成咬边 2 腹板处于垂直 位置的角焊 若一次焊接产生的焊脚过大 或者电压过高 电弧拉长时 在腹板 上也会产生咬边缺陷 3 车架焊接时 平板与角板对接时容易在角板的折弯处发 生咬边 咬边缺陷的防治主要有以下方法 1 在不出现未焊透缺陷的前提下 尽量减 小焊接线能量输入 2 提高操作者的焊接手法 焊接时尽量双手持枪 沿着焊缝 中心运枪 焊丝不触及非焊缝区域 同时焊丝干伸长度保持适当 持枪的手臂尽 量有一处支点 保持焊接的稳定性 图 4 4 未焊透缺陷 焊瘤如图 4 5 所示 熔化金属流淌到焊缝外的未熔化母材上所形成的瘤状金属 称为焊瘤 焊瘤存在于焊缝表面 在其下往往伴随着未焊透等缺陷 由于焊缝填 充金属的堆积 使焊缝的几何形状发生变化而造成应力集中 焊瘤是由填充金属 过多引起的 这与焊接线能量输入大或操作手法不当有关 防治方法与咬边基本 相同 烧穿如图 4 6 所示 熔化金属自焊缝背面流出 形成穿孔的缺陷称为烧穿 烧 穿容易发生在薄板以及管材对接中 通常在烧穿的周围伴有气孔 夹渣 焊瘤及 未焊透等缺陷出现烧穿有 2 种原因 焊接线能量过大 组对间隙或坡口过大 防 治烧穿缺陷可参见咬边与未焊透的处理方法 实际上 焊接缺陷的产生过程十分复杂 既有金属冶金原因 又有应力和变 形的作用 焊接缺陷通常出现在焊缝及其附近区域 而那些部位正是结构中残余 图 4 5 焊瘤 图 4 6 烧穿 应力最大的地方 一般认为 焊接缺陷之所以会降低焊缝区域的强度 其主要原 因就是缺陷减小了结构承载截面的有效面积 并且在缺陷周围产生了严重的应力 集中 容易成为断裂的发生源头 4 3 客车车身焊接检验标准 检验标准遵循 中华人民共和国国家标准 GB T 12429 1990 1 焊缝进行外观检验前 应将妨碍检验的渣皮 飞溅等清理干净 2 外观检验应在无损探伤检验之前进行 3 外观检验可用目测 5 10 倍的放大镜及专用检具 如焊口检测器 进行 检查 4 焊缝外表面缺陷可采用渗透探伤等方法进行检查 5 焊缝内部缺陷可采用射线探伤 超声探伤和磁粉探伤等无损伤方法进行检 验 射线探伤的方法应符合 GB 3323 6 焊缝内部缺陷可用在相同条件下制备和试件上取样检验 试件的数量 取 样的标准可由工艺 检验等部门具体规定 7 焊缝检验的数量及焊缝检验方法的选择按设计或有关技术文件规定 8 本标准未涉及的其他检验方法按设计或有关技术文件规定 4 4 提高焊接质量的相应措施 合理地选择焊缝尺寸和形式 因为焊缝尺寸直接关系到焊接工作量和焊接变 形的大小 在保证结构承载能力的条件下尽量设计小的焊缝尺寸 从焊缝形式上 一般应采用正面焊缝 避免侧面焊缝 合理选择装配焊接顺序 无论是单件组焊 还是总体组焊 都应合理选择焊接顺序 采用预变形和胎具提高焊件的抗变形能 力 工艺上防止出现咬肉 未焊透 弧坑及外形不良等焊缝缺陷 以减少应力集 中和可能引起的脆性断裂 电弧电压与焊接电流的最佳匹配是工艺参数中的重点 必须很好地调节 从设计到生产 必须注意装配间隙的合理性和可行性 努力做 到精心设计和精心施工 产生气孔的影响因素较多 应该从材料 设备 工艺及 环境等方面认真把关 结 论 本文通过对客车车身的结构分析 对提高客车车身焊接质量和其焊接过程中 所使用的设备 方法进行探讨 研究了 CO2气体保护焊在客车车身焊接中的应用 及其在焊接过程中所产生的缺陷 需要注意的事项 检验方法和优化方案 指出 了客车车身焊接的主要缺陷及保护措施 通过研究确定了 CO2气体保护焊在客车 车身焊接中的焊接工艺参数 以尽量避免焊接缺陷的产生 从而保证客车车身的 焊接质量 本论文主要的研究工作及结论如下 1 针对客车车身的焊接特点 分析了在其焊接过程中需要注意的事项 确 定了焊接工艺参数的选择标准 为车身焊接质量提供了理论保障 2 焊接时如果电弧发出柔和的嘶嘶声 则说明焊接电流与电弧电压的匹配 比较好 此时的焊接工艺性及焊缝质量均能满足要求 反之 发出暴躁的电弧声 响 就难以获得良好的焊接质量 一定焊接电流下的最佳电弧电压一般只有 1V 之差 3 确定了 CO2气瓶的使用标准 CO2气体不纯 水分含量高或当气瓶压力 降至 1MPa 以下时 若继续使用就很可能产生气孔 为车身焊接中 CO2气瓶的使 用从而防止气孔的出现提供了操作依据 总之 本文只是笔者对我国 CO2焊接在客车车身中焊接的应用研究所做的一 次探索性的研究 还有许多相关的方面有待进一步深入系统地分析和论证 谢 辞 本文是在闫红彦导师的悉心指导下完成的 闫老师有严谨的治学态度 敏锐 的洞察力以及对学生的高标准严要求 都使我受益匪浅 闫老师带了我们大学三 年的课程 三年之中闫老师平易近人 在生活和工作中给与我无微不至的关怀和 照顾 让我终生难忘 值此论文完成之际 谨向闫老师表示崇高的敬意和衷心的 感谢 在学习和研究过程中 还得到了机电工程系焊接技术及自动化所有老师的 指导和帮助 在此也一并表示深深的谢意 在这里我还要感谢我工作单位的领导 和同志们 在我实习期间 是他们从工作上和生活中给予我无微不至的关怀和帮 助 让我能够安心的实习 顺利完成论文感谢你们 最后 向多年来所有在学习 生活和工作中给予我关心和帮助的人表示深深 的谢意 参考文献 1 张文钺主编 焊接冶金学 基本原理 北京 机械工业出版社 1999 6 2 中国机械工程学会焊接学会编 焊接手册 北京 机械工业出版社 2001 3 福建工程学院学报 杨朝山 提高客车工艺性与焊装质量研究 2008 12 6 4 中国公路学会客车分会 江苏省交通科学研究院编 客车制造工艺技术 北京 人民交通出版社 5 客车技术与研究 杨立慧 容炳东 中国大客车发展趋势 2003 6 期刊 交通标准化 孙鹰 GB 13094 2007 客车结构安全要求 修订介绍 下 2008 9 7 客车技术与研究 陈燕 大客车车身结构的力学分析 2005 4 8 周振丰 张文钺合编 焊接冶金与金属焊接性 北京 机械工业出版社 1990 9 中国客车信息网 无车架的全承载车身 图文 2010 10 美 勃劳杰著 张伟昌 梅仲勤译 焊接设计 北京 中国农业机械出版社 11 王震 郝廷玺 气体保护焊工艺和设备 638 西安 西北工业大学出版社 12 区智明 齐志扬 张人豪 电弧焊设备的现状和发展 6 8 第八次全国焊接会 议论文集 北京 机械工业出版社 13 郭大勇 李晓坤 区智明 焊接短路过渡过程检测及应用 14 中国机械工程学会焊接学会编 焊接手册 北京 机械工业出版社 2001 15 殷树言主编 气体保护技术问答 北京 机械工业出版社 2004 16 周振丰 张文钺合编 焊接冶金与金属焊接性 北京 机械工业出版社 1990 17 中联重科浦沅分公司 张红霞 ZHANG Hongxia 陈颂东 CHEN Songdong 18 姜焕中主编 电弧焊及电渣焊 北京 机械工业出版社 1990 19 中国机械工程学会焊接学会编 焊接手册 北京 机械工业出版社 2001 20 周振丰 张文钺合编 焊接冶金与金属焊接性 北京 机械工业出版社 1990 外文资料翻译 THE LARGE SCALE PASSENGER CAR WELDING PROCESS ANALYSED 1 preface Bus body is a special product is the structure design manufacture process and artistic modelling combination of craft products because the product characteristics on vehicle manufacturing quality and manufacturing technology level the demand is higher the welding procedure formulation marked the body manufacturing level Therefore in accordance with the requirements for bus body optimized design of zhangshu welding technology mainly from parts skeleton assembly welding technology production line body welding process analysis and optimization of process design 2 body welding process 2 1 parts assembly welding process design and quality assurance Produce the high quality body assemblies need a series of process conditions to ensure the overall quality body combination and eligible depends on welding parts manufacturing precision and assembly parts of welding procedure is based the body welding process of its manufacturing mode processes and process equipment ability spare parts manufacturing technology and process will be on the line of welding process arrangement manufacturing capacity quality control has certain influence presently makes the following optimization design A basis capacity overall planning process arrangement and setting up an independent compactions workshop independent welding process realize parts next makings heat curved molding and skeleton assembly welding specialization and large scaled manufacturing mode B build your own fiber glass and aluminum alloy parts body supporting network covering parts such as former surrounded with after anterior posterior skinned skinned top left right wheel arc so the skirt side skinned skinned USES glass reinforced plastics parts Lateral warehouse door door passenger door after warehouse by FRP embedded skeleton thing or aluminum alloy parts and realize the fiberglass piece and the skeleton assembly technology improve the embedded riveting antiseptic ability and simplify the body stamping process the complex Improve surface quality and size precision ensure stable and qualified parts assembly quality C the body frame from the welding first began compound assembly points in compound composition assembly will bulk Due to the skeleton mostly parenchyma alien fitting parts assembly welding using CO2 gas 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