客车顶置空调连接固定螺栓焊接工艺的研究与应

1 引言

目前，随着现代科学技术水平的不断提高，客车配备的装备[1]能力也不断提升，以满足乘客越来越高的使用需要和体感需求，如车内的人性化[2]设计，标识齐全，软性内饰和包装，外观性美观，车内噪音要小，车内密封性能要好，空气清洁、无灰尘，车内温度适宜，行驶稳定，无颠簸感，车内无气味，新风系统[3]及温度要求四季如春等等，其中，客车车内适宜的温度与空气的清洁质量有利于乘客的直接感受，做好这两项，一是不会使乘客造成晕车的感觉，有利于乘客的生命健康；二是提高乘客乘坐的舒适性[4]，能减轻乘客座车的疲劳感，心情容易得到放松，便得乘坐之旅变成享受之旅，轻松之旅。

上述对空气清洁质量与温度的人性化要求，在客车设计及装备上，是通过空调[5]装置的来实现的。首先，要求空调能够可靠的正常工作，其次，空调装置能按照乘客的要求进行温度调节和空气质量调节，能进行车内、外之间新风的更换[6]。

对于要求空调能够可靠的正常工作这一项，主要体现在空调的固定连接方式上，将空调连接在客车顶骨架上，其连接结构能保证空调在以后的使用过程中，经受住复杂的扭曲力与冲剪力，充分保证连接结构不断裂，不开焊，不失效，不脱落。如图1。

图1 客车顶置空调示意图

其中：100、客车空调；200、客车车身；

客车生产厂家一般采用 M12的螺栓将空调紧固在顶盖骨架上，螺栓朝上布置，螺栓头部焊接在顶盖骨架的预埋板[7]上。见图2。

图2 客车顶置空调原固定连接结构示意图

其中：101、客车空调外罩；102、客车空调底座；201、客车顶蒙皮；202、客车顶骨架；203、防松螺母；204、紧固螺母；205、大垫圈；206、橡胶垫圈；207、空调固定槽钢；208、高强度连接螺栓；210、焊缝。

但由于焊接的特殊性，较集中的热量使螺栓头部产生淬火[8]处理，螺栓头部的金属在焊接过程中，内部钢材与焊材的熔敷材料及空气发生组织上的冶金[9]反应，产生了化学变化，材质由此变得更脆，在客车运行过程中，车辆一经出现急刹车或急转弯，受力过大，应力应会集中，很容易在此处出现冷裂纹，时间一长，就会出现断裂，断裂后螺栓就起不到连接固定的作用了。

当螺栓断裂数量超出3个时，其全部的应力将转给剩余的空调固定连接螺栓承担，其它螺栓就会因局部连接力过大再次形成应力集中而产生断裂，当剩余下的螺栓断裂后，空调就会从客车顶部掉下来，产生的后果是，轻则空调脱落至地面造成报废，重则会由此引发的给后面的车辆或周边的行车造成安全事故，形成更大的人员和财产损失。

2 客车顶置空调连接固定螺栓焊接工艺的研究

2.1 思路与原则

在高强度螺栓固定时，必须采用螺栓紧固的方式，并且不能采用直接焊接螺体头部的方式，避免焊接螺栓头淬火后引起冶金反应，螺栓强度降低的问题，同时一旦固定，高强度螺栓就不能随意转动，便于后续空调螺母的旋转紧固。

2.2 结构设计

高强度连接螺栓向上穿过空调固定槽钢，再用螺栓固定槽钢将高强度连接螺栓头部压住，防止高强度连接螺栓掉下，再将空调固定槽钢与螺栓固定槽钢焊接在一起，这样，避免了直接焊接高强度连接螺栓头部。如图3。

图3 改进后的客车顶置空调固定连接结构示意图

其中：101、客车空调外罩；102、客车空调底座；201、客车顶蒙皮；202、客车顶骨架；203、防松螺母；204、紧固螺母；205、大垫圈；206、橡胶垫圈；207、空调固定槽钢；208、高强度连接螺栓；209、螺栓固定槽钢；210、焊缝。

焊接完成后，螺栓固定槽钢点焊在空调固定槽钢内，不能脱落和移动；高强度连接螺栓穿过橡胶垫圈使空调螺栓底壳与顶蒙皮之间也能保持间隙和弹性连接。紧固螺母通过大垫圈将空调螺栓壳压紧在橡胶垫圈上，并且能够起到螺栓机械防松[10]的目的。如图4。

图4 客车顶置空调固定连接结构剖面图

其中：101、客车空调外罩；102、客车空调底座；201、客车顶蒙皮；202、客车顶骨架；203、防松螺母；204、紧固螺母；205、大垫圈；206、橡胶垫圈；207、空调固定槽钢；208、高强度连接螺栓；209、螺栓固定槽钢。

结合上述图例，本顶置空调连接固定螺栓焊接工艺的组成是：包括与客车车身200、客车顶骨架202、固定焊接空调固定槽钢 207、高强度连接螺栓 208，高强度连接螺栓 208依次穿过空调固定槽钢207上的装配孔、客车顶蒙皮201的装配孔、橡胶垫圈206、客车空调底座102、大垫圈205并通过紧固螺母204固定后还安装有2个防松螺母203，起到机械防松防脱落的目的。

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