汽車盒式梁車架焊接工藝分析和設(shè)計(jì)

鄭心榮

汽車盒式梁車架焊接工藝分析和設(shè)計(jì)

鄭心榮

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

盒式梁車架總成主要靠焊接連接，焊縫復(fù)雜，弧焊后變形量大，影響懸架、轉(zhuǎn)向、發(fā)動(dòng)機(jī)等系統(tǒng)的后續(xù)裝配精度。為了保證車架的焊接質(zhì)量，文章夾具結(jié)構(gòu)、焊接順序和焊接設(shè)備等方面提出對(duì)盒式梁汽車車架的焊接變形及質(zhì)量控制方法。

車架；夾具；焊接變形

1 概述

很多采用獨(dú)立懸架的汽車底盤車架（如圖1），其縱梁總成是盒式梁結(jié)構(gòu)（如圖2），即縱梁總成是有縱梁和縱梁加固板拼焊而成，焊縫的長(zhǎng)度達(dá)到2-3米。車架的橫梁等部件多采取焊接方式連接，存在很大的焊接殘余應(yīng)力，對(duì)車架總成的精度有顯著影響，因此，如何選擇合適的焊接夾具、合理的焊接順序和工藝等方法控制此類車架的焊接變形控制，是車架工藝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

2 焊接工藝性分析

汽車車架縱梁、縱梁加固板是寶鋼熱軋B510，屬于低合金高強(qiáng)度鋼，厚度3-5mm，焊接工藝性較好，多采弧焊連接。因?yàn)榭v梁總成是盒式梁結(jié)構(gòu)，焊縫的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，所以焊接變形較大，是影響車架總成精度的重要因素。要想獲得較好的焊接質(zhì)量和較小的焊接變形，需要從夾具、焊接順序、焊接設(shè)備等方面采取措施。

3 車架焊接產(chǎn)生的變形分析

3.1 焊縫復(fù)雜，分布不均勻

由于盒式梁車架的總成焊接縫相對(duì)較長(zhǎng)，分布的范圍廣泛，焊接時(shí)將直接由此產(chǎn)生線性縮短，引發(fā)縱梁和橫梁彎曲變形。可以說，其焊縫的數(shù)量越多，則相應(yīng)的變形幅度也將隨之增大。

3.2 零部件中間隙所致

在焊接汽車車架的過程中，為了能夠獲取到良好的焊接接頭，就必須要求其工件相互間存在的裝配間隙必須控制在合理的范圍中。而且其中的間隙過大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致施焊的過程變得異常困難，需要大量的堆焊才能把間隙填平，焊接的時(shí)間將變得越長(zhǎng)，那么焊接工作的熱輸入量就大，從而直接導(dǎo)致焊接變形大。大梁板合理的搭接間隙應(yīng)該控制在1.5mm以內(nèi)。

圖1 車架總成

圖2 縱梁總成

3.3 焊接工藝標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行不規(guī)范

為相關(guān)焊接人員沒有嚴(yán)格按照焊接標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)，比如其焊接時(shí)的輸入電流過大、焊條規(guī)格用錯(cuò)，焊接速度控制不好，焊接縫不均勻等等，這些都將直接促使焊接變形。

4 縱梁總成焊接工藝設(shè)計(jì)

4.1 縱梁總成的焊接流程

縱梁總成包含兩條長(zhǎng)焊縫，這是對(duì)車架總成的焊接變形影響最大的因素，因此需要采取專用的夾具剛性約束，并采取合理的焊接方法：

4.2 縱梁焊接總成夾具設(shè)計(jì)要求

??①夾具的夾緊點(diǎn)根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，每隔500mm左右設(shè)置一個(gè)夾緊點(diǎn)，每個(gè)夾緊點(diǎn)要實(shí)現(xiàn)縱梁上下翼面和腹面的夾緊。

?②夾具的Z向和Y向夾緊塊可調(diào)，因?yàn)閆向的變形較大，Z向的調(diào)整量要大，可以通過標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整墊片和5-10mm厚度的墊塊來實(shí)現(xiàn)。目的是適應(yīng)“反變形”方法的要求。

?③夾具的采取液壓式驅(qū)動(dòng)，具備保壓功能。

4.3 縱梁總成焊接設(shè)備

?①由于縱梁總成的焊縫連續(xù)、規(guī)則，且焊縫較長(zhǎng)，故采取機(jī)器人焊接，配備工作站，保證焊接的一致性。根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)和節(jié)拍來確定弧焊機(jī)器人的數(shù)量，工作站還要配置清槍站、剪絲機(jī)構(gòu)以及防碰撞傳感器等裝置。

②?焊接方法采取CO2焊接，也可采取Ar（80%）+CO2（20%）配比的MAG形式。后者對(duì)提高焊縫的質(zhì)量，減少氧化物（主要MnO，SiO2），利于后續(xù)涂裝質(zhì)量的提升。

4.4 縱梁總成焊接順序

為了減少焊接變形，抵消焊接殘余應(yīng)力，機(jī)器人焊接時(shí)沿著縱梁和縱梁加固板搭接的兩條止口，采取“分段對(duì)稱”焊接順序，如（圖3）按照1-2-3-4-5-6。下線補(bǔ)焊工位來填補(bǔ)焊縫的斷點(diǎn)。

圖3 分段對(duì)稱焊接順序

5 車架總成拼焊工藝

由于車架總成的拼焊需要焊接橫梁的上下翼面，單從一個(gè)方向不能一次焊接完畢，需要分別從上翼面和下翼面兩個(gè)方向施焊，因此，拼焊總成夾具需要兩套或者一套（具備可翻轉(zhuǎn)功能）。這里建議采取具備翻轉(zhuǎn)功能的焊接夾具，把車架總成上下翼面的橫梁和部件焊縫盡量焊完畢，并保壓5-10分鐘。其優(yōu)點(diǎn)：一是定位固定，降低兩幅夾具定位的偏差；二是保壓一段時(shí)間，在夾具約束力的作用下充分冷卻焊縫溫度，降低車架總成變形量。

6 在線沖孔技術(shù)的應(yīng)用

由于盒式梁車架焊接后變形量大，對(duì)前懸擺臂支架的精度影響很大，若是不采取措施糾正擺臂安裝孔的精度，則裝配困難，還會(huì)造成四輪定位精度差，造成車輛跑偏、異響和啃胎等市場(chǎng)質(zhì)量問題。因此，要采取在線沖孔技術(shù)，即通過夾具和機(jī)構(gòu)，在車架總成拼裝完畢后，對(duì)擺臂支架孔位一次加工，保證此組孔為的相對(duì)精度。

7 車架總成變形矯正

車架總成經(jīng)過拼裝、補(bǔ)焊后，需要進(jìn)行變形的矯正。雖然我們通過設(shè)計(jì)合理焊接順序、適合的反變形措施和較好的剛性夾具等措施，但是車架總成焊接后變形依然存在，需要針對(duì)局部的變形采取機(jī)械矯正，使車架總成壓縮變形區(qū)的塑性伸張相對(duì)減小。設(shè)計(jì)矯正夾具時(shí)需要注意幾點(diǎn)，考慮到車架縱梁和橫梁都是厚板鋼材，一般用液壓驅(qū)動(dòng)矯正裝置；同時(shí)，由于矯正力很大，為了防止矯正過度致使車架縱梁或者加固板變形，需要設(shè)置限制行程的限位塊，還有矯正裝置的接觸面盡量大些，減小局部壓強(qiáng)。

8 焊縫質(zhì)量的控制

雖然焊接方法采取MAG，但是仍然在焊縫產(chǎn)生少許氧化物，若是不進(jìn)行仔細(xì)的打磨處理，涂裝后的涂層會(huì)很容易產(chǎn)生銹蝕。因此，車架總成下線前，需要多所有焊縫用角磨機(jī)進(jìn)行打磨，把氧化物清除，這樣車架焊縫的涂層附著力和耐腐蝕能力都會(huì)達(dá)標(biāo)。

9 結(jié)束語

汽車車架焊接屬于厚板的連接方式，弧焊必然產(chǎn)生很大的變形，導(dǎo)致車架總成裝配精度降低。但是，通過采取合適的夾具、先進(jìn)的焊接設(shè)備和科學(xué)的焊接工藝，可以控制和減少焊接變形量，提高車架總成的質(zhì)量精度。

[1] 陳祝年.焊接工程師[M].北京.機(jī)械工業(yè)出版社.

[2] 劉會(huì)杰.焊接冶金與焊接性[M].北京.機(jī)械工業(yè)出版社.

Analysis and Design of Welding Technology for Automobile Box-beam Frame

Zheng Xinrong

( JAC Group Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

The box-beam frame assembly is mainly welded, the weld seam is complex, and the deformation after arc welding is large, which affects the subsequent assembly accuracy of suspension, steering, engine and other systems. In order to ensure the welding quality of the frame, the welding deformation and quality control methods of the box-beam frame are put forward in the aspects of fixture structure, welding sequence and welding equipment.

frame; fixture; welding deformation

U466

A

1671-7988(2019)18-182-03

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鄭心榮（1982-），男，助理工程師，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，主要研究方向：厚鋼板的焊接、鉚接以及沖壓工藝和設(shè)備，特別是車架的生產(chǎn)制造工藝方向。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.061