汽車車架焊接工藝分析及工裝設計

江冰霞

摘 要：汽車車架焊接工藝和工裝設計是汽車制造與加工過程中的關鍵步驟，只有把握住焊接和工裝的關鍵技術，才能實現汽車車架的穩固和美觀。本文以國內北汽福田的一款輕型載貨汽車為例，分析了這種型號汽車的車架特點，然后分析了焊接工藝性，再探討了焊接流程和工藝應該注意的關鍵點，并且以圖例說明了工裝設計方案。良好的焊接工藝和工裝設計方案是關系到我國汽車工業健康發展的關鍵，只有不斷的實踐和科學的研究探討，才能為實現我們國家工業化生產做出一份努力。

關鍵詞：焊接工藝；汽車車架；工裝設計

1 焊接車架前分析

車架是承受汽車重量的關鍵部位，就和人體的骨骼一樣，沒有健全并且運轉良好的骨骼支架，就不能健康的站立、行走和生活。汽車車架是聯系汽車其他各個部分的一個重要結構，也是承受載荷的基礎部件。在汽車生產成功后，它不僅僅需要承受汽車的靜載荷，更要承受汽車不斷行駛過程中的動載荷。所以，一個汽車使用壽命的長短，和汽車車架有很大的關系。

邊梁式焊接是目前國內載貨汽車一般會使用的車架焊接方式。本文主要是以北汽福田的一種貨車為例來分析。北汽福田是國內輕型載貨汽車行業的主要生產企業之一，而時代輕卡作為其主導產品，自然有特殊和值得學習的地方。主要分析的是它的結構特點。其中七根橫梁和兩根槽型縱梁，是由它們焊接而成的該車架的閉合式架構。為增加車架的強度，縱梁內部焊接加強縱梁，車架總長約6500毫米，外寬760毫米，車架上平面的平面度要求不得大于2毫米，左右縱梁對角線長度最大偏差不超過3毫米，板簧支架對角線最大偏差不超過2毫米。車架上的發動機支架、駕駛室支架、板簧支架等焊接在相應的位置。焊接接頭共有幾百處，接頭處焊縫多，每一條焊縫的焊接質量都直接影響到整個車架的強度和剛度，影響外觀要求和后續工藝的裝配精度，因此，必須設計合理的焊接工藝和車架焊合臺，以能保證車架總成的質量。

2 焊接工藝性分析

2.1 車架結構材料一般用Q235A或16Mn低合金鋼，焊接性好，加之材料的厚度適中，在合理的裝焊工藝條件下，一般不容易產生氣孔和裂紋，不需要采用特殊的焊接工藝措施和焊后熱處理。

2.2 車架是整車的載體，車架的焊縫主要承受汽車運行過程中的動載作用，而車架剛性大，焊后接頭的收縮力較大，因此必須選用合理的焊接方法及工藝參數，控制線能量。

2.3 由于整個車架總成是由幾百條焊縫交織在一起的組合體，并且焊縫短而集中，焊接加熱不均勻且重復加熱，接頭容易產生熱組織而降低接頭的承載能力，必須處理好短焊縫的起弧、收弧和銜接，盡量避免補焊，減少重復加熱，保證接頭強度。

2.4 對于車架縱梁和橫梁而言，焊縫分布并非完全對稱，尤其是縱梁加強梁的焊接，要合理安排焊接順序，盡量采用對稱焊和從中間向兩頭施焊，以減少焊接變形。

2.5 控制零部件尺寸即互換性，保證裝配間隙均勻，以減少因收縮不均所造成的變形。

2.6 夾具設計時要合理留有收縮余量及裝配間隙，綜合處理好車架焊后接頭應力與總體變形這對相互矛盾的問題，在保證滿足設計尺寸要求的條件下，接頭焊后存在的應力愈小愈好。

3 焊接流程和工藝

3.1 采取二氧化碳氣體保護焊的原因和選擇焊接參數

由于二氧化碳氣體保護，焊接成本低，生產效率高，抗銹、抗氫和抗裂紋能力強，焊后不清渣，變形小，易操作，適于全位置焊，因此焊接方法采用半自動二氧化碳氣體保護焊，其焊接工藝參數如下所示：車架焊接工藝參數：焊機型號 NBC-350；焊絲直徑：1.0mm；焊絲牌號 ：H08Mn2S1A；焊接電流：170-210A；電弧電壓：22-26V；氣體流量：10-13L/min；焊接速度：50cm/min。

3.2 裝焊工藝流程

根據車架焊接組成的結構特點，在充分考慮預防焊接變形的基礎上，將焊接過程分解為先將零部件裝焊成組合件，最后由若干零件及組合件裝焊成焊接總成。為矯正焊接變形，在存在變形較為嚴重的兩個工序后增加矯形工位。工藝流程如下圖：

零部件組焊→焊縱梁加強梁→縱梁焊后矯形→大樁定位點固焊→車架補焊→車架裝配→車架矯形→車架檢驗→車架涂裝

減小焊接變形，在焊接時應先進行點固焊，然后從中間向兩端對稱補焊，補焊完成后利用機械法對焊接總成進行矯形，在變形嚴重時也可采用加熱法進行矯正。

4 工裝設計方案

4.1 定位基準的選擇

易車架左右縱梁上的前輪中心線孔作為定位基準孔。

4.2 車架縱梁定位夾緊

為了減少和防止縱梁裝焊時焊接變形，并控制車架整體外觀尺寸，應采用對縱梁進行定位夾緊的形式。左縱梁下翼面及外腹面由加工的定位塊進行定位，為保證裝配和起模方便，右縱梁的外腹面用氣缸定位，縱梁內腹面用一雙頭氣缸夾緊。

4.3 橫梁定位

圓管橫梁一般穿過縱梁上的橫梁孔直接焊接在縱梁及加強梁上，因此只需用定位塊進行側向定位即可。槽型橫梁在車架寬度方向上由兩縱梁寬度保證。前后方向和上下方向上可用“L”形定位塊限位后點焊。

4.4 板簧支架定位

前后板簧支架定位利用吊耳孔定位，采用手動式移動銷。

4.5 氣路設計

從氣管來的氣體從總管路進入左右兩側的支管，最后由配氣控制閥進入夾緊器氣缸。

5 防止焊接變形的方法

焊接過程中，容易產生大量的熱，這些熱容易產生焊接變形，另外，在每一步操作過程中，每個部件相互交錯也是導致變形的重要原因。分析了上面產生變形的量大原因，可以采取以下措施防止變形：

5.1 采用快速推拉夾具的方法

采用快速推拉夾具將車架前、后段槽鋼靠近和脫離定位。

5.2 采用絲杠緊固車架大梁

車輛大梁在胎具內的定位不僅僅是要用定位塊定位，還需要由絲杠制作的夾具將型鋼壓住，使得它靠近定位塊的一側。

5.3 反變形

反變形的方法之一是采用5毫米的工藝墊片，在施焊前，墊在車架大梁的中間部位。再用絲杠夾具強制將大梁往下壓。由于熱脹冷縮原理，再加上封閉結構件的原理，統一部件加熱時產生的伸長量會小于該部位實際的收縮量。

5.4 盡力避免隨機誤差，保證工件質量

工件隨著隨行夾具一起傳送到下一個工位。

結語

合格的工藝和車架焊胎的保證，不同于汽車車架拼焊，前者能解決汽車車架易變性的難題。在安全性和完整性測試之后，能發現上述汽車車架焊接工藝和制造質量在各方面的技術上都滿足了要求。以上方式的汽車車架焊接工藝和工裝設計，在很大程度上提高了工藝水平，并且該生產工藝和工裝設計方案，得到了同行業的認可，在汽車制造業得以廣泛應用。

參考文獻：

[1]彭斌，周平香，趙霞.汽車車架焊接變形及控制方法[J].熱加工工藝，2011.

[2]韓根云.汽車車架焊接變形的控制[J].機械工人，2000.