汽車盒式梁車架焊接工藝分析和設計

鄭心榮

汽車盒式梁車架焊接工藝分析和設計

鄭心榮

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

盒式梁車架總成主要靠焊接連接，焊縫復雜，弧焊后變形量大，影響懸架、轉向、發動機等系統的后續裝配精度。為了保證車架的焊接質量，文章夾具結構、焊接順序和焊接設備等方面提出對盒式梁汽車車架的焊接變形及質量控制方法。

車架；夾具；焊接變形

1 概述

很多采用獨立懸架的汽車底盤車架（如圖1），其縱梁總成是盒式梁結構（如圖2），即縱梁總成是有縱梁和縱梁加固板拼焊而成，焊縫的長度達到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力，對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，是車架工藝設計的關鍵。

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，屬于低合金高強度鋼，厚度3-5mm，焊接工藝性較好，多采弧焊連接。因為縱梁總成是盒式梁結構，焊縫的長度較長，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量和較小的焊接變形，需要從夾具、焊接順序、焊接設備等方面采取措施。

3 車架焊接產生的變形分析

3.1 焊縫復雜，分布不均勻

由于盒式梁車架的總成焊接縫相對較長，分布的范圍廣泛，焊接時將直接由此產生線性縮短，引發縱梁和橫梁彎曲變形。可以說，其焊縫的數量越多，則相應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，會導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，焊接的時間將變得越長，那么焊接工作的熱輸入量就大，從而直接導致焊接變形大。大梁板合理的搭接間隙應該控制在1.5mm以內。

圖1 車架總成

圖2 縱梁總成

3.3 焊接工藝標準執行不規范

為相關焊接人員沒有嚴格按照焊接標準作業，比如其焊接時的輸入電流過大、焊條規格用錯，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計

4.1 縱梁總成的焊接流程

縱梁總成包含兩條長焊縫，這是對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計要求

??①夾具的夾緊點根據產品結構設計，每隔500mm左右設置一個夾緊點，每個夾緊點要實現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，因為Z向的變形較大，Z向的調整量要大，可以通過標準調整墊片和5-10mm厚度的墊塊來實現。目的是適應“反變形”方法的要求。

?③夾具的采取液壓式驅動，具備保壓功能。

4.3 縱梁總成焊接設備

?①由于縱梁總成的焊縫連續、規則，且焊縫較長，故采取機器人焊接，配備工作站，保證焊接的一致性。根據生產綱領和節拍來確定弧焊機器人的數量，工作站還要配置清槍站、剪絲機構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。后者對提高焊縫的質量，減少氧化物（主要MnO，SiO2），利于后續涂裝質量的提升。

4.4 縱梁總成焊接順序

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

圖3 分段對稱焊接順序

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，單從一個方向不能一次焊接完畢，需要分別從上翼面和下翼面兩個方向施焊，因此，拼焊總成夾具需要兩套或者一套（具備可翻轉功能）。這里建議采取具備翻轉功能的焊接夾具，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。其優點：一是定位固定，降低兩幅夾具定位的偏差；二是保壓一段時間，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 在線沖孔技術的應用

由于盒式梁車架焊接后變形量大，對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，還會造成四輪定位精度差，造成車輛跑偏、異響和啃胎等市場質量問題。因此，要采取在線沖孔技術，即通過夾具和機構，在車架總成拼裝完畢后，對擺臂支架孔位一次加工，保證此組孔為的相對精度。

7 車架總成變形矯正

車架總成經過拼裝、補焊后，需要進行變形的矯正。雖然我們通過設計合理焊接順序、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，需要針對局部的變形采取機械矯正，使車架總成壓縮變形區的塑性伸張相對減小。設計矯正夾具時需要注意幾點，考慮到車架縱梁和橫梁都是厚板鋼材，一般用液壓驅動矯正裝置；同時，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。

8 焊縫質量的控制

雖然焊接方法采取MAG，但是仍然在焊縫產生少許氧化物，若是不進行仔細的打磨處理，涂裝后的涂層會很容易產生銹蝕。因此，車架總成下線前，需要多所有焊縫用角磨機進行打磨，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達標。

9 結束語

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

[1] 陳祝年.焊接工程師[M].北京.機械工業出版社.

[2] 劉會杰.焊接冶金與焊接性[M].北京.機械工業出版社.

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

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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備，特別是車架的生產制造工藝方向。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.061