分析汽車底盤結構件焊縫設計

王寧 馮友亮 許兵

摘 要：對于汽車結構的分析，汽車底盤的重要結構部位是后橋和副車架。對于運用前橋進行驅動的汽車，后橋的作用會比較單一，僅僅是承載的基本的功能。在當前汽車的生產過程中，結構件在整個汽車零件中占有1/4的比例，是非常重要的汽車組件。在對汽車結構件進行焊接之前，首先需要對焊接質量進行有針對性的策劃，包括選擇焊接設備、評定焊接工藝、確定檢測項目等，在完成對這些要素的策劃之后，便可以從以下幾個方面對焊接質量進行有效控制。

關鍵詞：汽車底盤;結構件;焊逢設計

1 焊縫設計研究思路

確定焊縫承載能力評價指標是汽車底盤焊縫設計研究最重要的部分，是焊縫安全校核的前提條件。

（1）對后橋懸架臂和襯套管進行工藝實驗，進行焊接熱過程和殘余應力的測量，記錄焊縫方向的焊接熱過程曲線，并采用小孔法獲得近縫區縱向橫向焊接殘余應力，為焊接溫度場和殘余應力場的正確性提供參考。

（2）對懸架臂和襯套管焊接溫度場和殘余應力場進行模擬計算，得到實際試驗相對應的焊接熱過程曲線和焊接殘余應力的數值。

（3）對后橋的懸架臂和襯套管進行拉伸破壞實驗，得到抗拉伸平均載荷，合成計算懸架臂和襯套管的拉伸載荷和焊接殘余應力。

（4）進行焊縫安全校核，和實際的測量結果進行對比。使用計算懸架臂和襯套管焊接溫度場和殘余應力場時的參數命令，對后橋和副車架計算焊接溫度場分布和殘余應力場的計算。

（5）進行焊縫計算。不改變結構整體形狀的基礎上改變了焊縫數量、長度、形式等，完成汽車底盤焊接結構優化。

2 工藝因素

從產品屬性角度來看，汽車焊接結構件的屬性相對特殊，需要通過對工藝因素的有效控制實現對產品質量的控制。一般情況下，需要從以下三個方面來控制工藝因素：①人員素質。從事焊接工作的相關人員一定要具備良好的技能素質，不僅能夠對生產時間進行準確的控制，還要能夠確保穩定的產品質量，從而達到控制生產過程中相關工藝因素的目的。②設備穩定性。在對結構件進行焊接的過程中，對電壓、氣壓、水質等條件都有著嚴格的要求。因此，在焊接時，一定要確保焊接設備的高度穩定，定期檢查設備的運行情況。一旦發現問題，需要在第一時間對設備進行維護，避免因設備問題而導致產品質量下降。③參數符合性。工藝參數的準確是確保焊接質量的關鍵。

3 實物質量

在對實物質量進行控制的過程中，需要注意以下三個方面：①首、中、末件檢驗。對于汽車焊接結構件來說，整個加工過程便是確保產品質量的過程，結構件加工一旦完成，那么產品的質量也就無法改變，因此，對加工首件的質量進行嚴格檢驗，是確保接下來產品質量的關鍵。首先，焊接人員需要在生產前對設備運行情況進行嚴格檢查，確保設備能夠正常生產;其次，在完成首、中、末件架構之后，相關人員還需要以檢驗規范為基礎對產品物流卡進行嚴格檢查，以確保生產材料與生產要求相符;再次，通過檢測設備對產品尺寸進行檢驗，確保產品尺寸符合標準;最后，以缺陷標樣為基礎對焊縫進行缺陷檢查，并將檢查結果填入“三檢”檢驗卡中。②返工件質量。雖然在對汽車結構件進行焊接的過程中有著嚴格的檢驗標準與工藝控制，但一些不合格產品仍然不可避免，這也是實物質量管理過程中的難點。想要控制這些返工件，首先必須有針對性地評審這些不合格產品，明確其不合格原因;其次找到返工工藝，并以此為基礎制定相應的糾錯途徑;最后再次對這些工件進行嚴格檢驗。③進行型式試驗。

4 新能源汽車及其底盤總體設計思路

新能源汽車，在動力能源的使用上和傳統汽車有所不同，傳統汽車基本上使用的是柴油和汽油，而新能源汽車使用的是可再生環保能源，比如太陽能、天然氣以及液化石油等。我國的新能源汽車主要為電動汽車。根據電動汽車動力使用能源的種類不同，可將電動汽車分為純電動汽車、燃料電動汽車以及電池儲能電動汽車。

5 新能源汽車底盤設計特點

應用這種方案進行設計，難度上比較小，開發周期也較短，而且在成本上也更加可控，改制之后依舊沿用的是傳統框架，而且很多配件都得以保留。第一，承載式車身。考慮到改制設計是在傳統框架基礎上實現的，因此也就更多地采用承載式車身。其中，動力系統的有關配件都是進行懸置設計，而且它們不可以被置于副車架上，這就使得在進行設計時必須要確保精準無誤，而且要在整體上進行精細化分析。總的來說，承載式車身的設計難度還是比較大的，難以實現量產。第二，非承載式車身。當前來說，非承載式設計在市場上要更受歡迎，由于其具有成本低，所需投入少等特點得到了更加廣泛的應用。

6 焊接應力場計算結果及分析

6.1 焊接應力場的分

懸架臂和襯套管的焊接應力場云圖得出，沿著焊縫方向上的焊接應力場，由于襯套管的邊緣施加了約束，并且這個位置離焊縫比較近，溫度比較高，因此其冷卻收縮過程受到阻礙而產生拉應力;在焊縫及近縫區，由于該位置溫度較高（達到金屬熔點，本文是1500℃），而周圍金屬相對較冷，因此焊縫及近縫區金屬受到周圍冷金屬的阻礙作用而產生拉應力，而焊縫兩端受到的阻礙較小，因此拉應力較小。同時，從懸架臂和襯套管的焊接應力場云圖得出，沿著垂直于焊縫方向上的焊接應力場，在焊縫近縫區以兩端為壓應力、中間為拉應力為主，但隨著距焊縫距離的增加，拉應力值逐漸降低，而遠離焊縫的位置為壓應力，而在焊縫區以兩端為拉應力、中間為壓應力為主。

6.2 實測和計算結果比較

焊接應力場計算完畢后，提取與在進行測量焊接殘余應力時所鉆小孔相對應位置的焊接殘余應力大小，實測和計算結果對比，從圖中可以看出，個別點的實測和計算結果有些誤差，但各測試點的應力值所連接成的曲線的趨勢相吻合，說明了計算結果的正確性。

6.3 焊接變形優化

影響焊接變形的因素很多，例如焊接工藝參數的選擇、焊接結構形狀及材料、焊接方法的選擇以及焊接順序及方向等。從經濟性和實用性方面考慮，首先選擇改變焊縫的焊接順序及焊接方向的方法抑制焊接變形，若改進結果無法滿足要求，再依次選擇改變焊接工藝參數、焊接件結構形狀及材料和焊接方法等方法優化焊接變形。

7 結束語

對汽車底盤（后橋和副車架）進行了焊接熱過程的測量試驗，得到了沿著焊縫方向和垂直于焊縫方向各測試點的焊接熱過程曲線;采用小孔法對懸架臂和襯套管進行了焊接殘余應力的測試，得到了個測試點的縱向殘余應力σx和橫向殘余應力σy，為校核焊接溫度場、應力場的模擬計算結果的正確性奠定了基礎。