重卡駕駛室焊接工藝對結構強度的影響分析

中圖分類號：U466 DOI：10.20042/j.cnki.1009-4903.2025.02.018

Abstract：Asthecorecomponentofheaydutycargovehicles，thestructuralstrengthofthehavydutytruckcabisdirectlyrelated tothesafetydurabityandperformanceoftheetieveicle.Weldingtechnologyaskeylinkintheproductionandmaufacturing of heavytruckcabs，hasasignificantimpactonthestructuralstrengthof thecabs.Withtherapiddevelopmentof theautomotive manufacturingindustry，therequirementsfortheweldingprocessofheavytruckcabsarealsoincreasingdaybyday.Thispapeaims todeeplyanalyetheinfuenceofteweldingprocesofheavytruckcabsonthestructralstrength.Byexpoingthespeficefectsf differentweldingmethods，eldingparametersndweldingdefetsontetructuralstrengthofthecabitprovidesteoeticalbasis and practical guidancefor optimizing the welding process of heavy truck cabs and enhancing the structural strength.

Keywords：Heavy truck cab; Welding process; Structural strengtt

0 引信

在生產中，焊接質量對駕駛室的結構強度起著決定性作用，尤其是在承受外部載荷和碰撞力時，焊接接頭的強度決定了駕駛室的抗變形能力及整體性能。焊接過程中，熱輸入、焊接速度、焊接材料的選擇等因素會對接頭的微觀結構及其力學性能產生影響，從而影響到焊接接頭的疲勞強度、抗裂性及耐腐蝕性等。而在生產中，若焊接工藝參數不當，可能會導致焊接缺陷，如氣孔、夾渣、裂紋等，這些缺陷不僅降低了焊接接頭的承載能力，還可能引發結構失效。因此，深入分析焊接工藝對重卡駕駛室結構強度的影響，研究合適的焊接工藝優化方案，具有重要的理論意義和實際價值。

1焊接參數對結構強度的影響分析

1.1焊接電流與電壓

焊接電流與電壓是焊接工藝中影響焊接質量和結構強度的 2個關鍵參數，它們對焊接接頭的熔深、熔寬、余高等焊縫特 性有著直接影響，進而決定了焊接接頭的機械性能。

焊接電流主要決定焊縫的熔深和熔寬，較大的電流可以提高焊接熱輸入，使得熔池更大，進而增加熔深，改善焊縫的浸潤性和滲透性，特別在焊接較厚工件時表現尤為重要；然而，電流過大會導致熔池過大，熔池冷卻時間過長，容易產生焊接缺陷如裂紋、氣孔和未焊透等，進而降低焊接接頭的強度與韌性。

焊接電壓則主要影響焊縫的形狀和余高。較高的電壓能夠增加焊接熔池的擴展，使得焊縫形態更加寬大平整，余高較低，有助于提升焊縫的外觀和質量；但過高的電壓可能導致過度擴展的熔池產生不穩定的熔池流動，形成不均勻的焊縫金屬，影響焊接接頭的強度。

在焊接過程中，電流和電壓的匹配是十分關鍵的，過高或過低都可能引起不良的焊接效果，具體如表1所示。

1.2焊接速度

焊接速度過快時，焊槍移動迅速，熔池內的金屬未能有充分時間與基材融合，導致焊縫的熔深不足，接頭內部的金屬未能充分結合，出現未焊透現象。這樣會大幅降低焊接接頭的強度，可能導致接頭在承載過程中發生裂紋或斷裂。此外，焊接速度過快還可能導致焊縫形態不規則，表面光滑度差，從而影響接頭的耐疲勞性能和抗裂紋擴展能力1。相反，焊接速度過慢時，焊槍移動緩慢，焊接過程中熱輸入過大，熔池的溫度過高，容易引發焊接變形、裂紋和氣孔等焊接缺陷。過高的熱輸入使得焊縫區金屬組織粗化，導致接頭的力學性能大幅下降，特別是在抗拉強度和沖擊韌性方面，焊接接頭的性能遠不如設計要求。

綜合考慮焊接材料的性質、工件的厚度及位置等因素，選擇合適的焊接速度能夠有效控制熱輸入，優化焊縫的質量，減少焊接缺陷，提高焊接接頭的強度

1.3焊接熱輸入

焊接熱輸入是影響焊接質量的關鍵因素，其大小直接決定了焊縫冷卻速度與熱影響區金屬組織特性，進而顯著影響焊接接頭的力學性能。焊接熱輸入計算公式為：

式（1）中， O 代表焊接熱輸入，J/cm ;U 是焊接電壓，V；/為焊接電流，A u 是焊接速度， cm/s_c 。熱輸入過大會使焊縫冷卻慢、晶粒粗大，降低接頭強度和韌性，還可能導致熱裂紋和變形；熱輸入過小則易出現未熔合、冷裂紋等缺陷。在焊接時，要綜合考慮焊接材料、工件厚度、焊接位置等因素，依據公式精準調節參數，控制熱輸入在合理范圍，以優化焊接質量，保障結構安全可靠。

2焊接方法對結構強度的影響

2.1 手工電弧焊

手工電弧焊的主要優點在于設備簡單、操作靈活，適用于現場和復雜位置的焊接工作。然而，由于手工電弧焊的焊接質量往往受到焊工技能水平的顯著影響，焊接接頭的質量不穩定，可能導致焊接缺陷，如氣孔、焊縫裂紋和未熔合等，這些缺陷對焊接接頭的強度產生不利影響。此外，手工電弧焊的焊接效率較低，特別是在大規模生產時，較長的操作時間和較低的生產效率使得其在一些需要高效率和一致性質量控制的行業中逐漸被其他焊接方法取代。然而，在一些特殊的應用場合，如焊接位置受限或材料特殊時，手工電弧焊仍具有不可替代的優勢。

例如，在復雜的現場環境或需要焊接小型、特殊結構的情況下，手工電弧焊能夠提供靈活的操作方式，確保焊接質量。

2.2 氣體保護焊

該方法通過使用惰性氣體（如氬氣、氫氣）或活性氣體（如二氧化碳）作為保護介質，有效防止了焊接過程中焊接池的氧化，確保了焊縫的高質量與穩定性。氣體保護焊不僅能夠提供平滑、美觀的焊縫成形，還能實現較高的熔深，使焊接接頭的強度較為理想。相比傳統手工電弧焊，氣體保護焊的生產效率顯著提高，尤其適用于大規模生產和自動化焊接場合。其優越的焊接性能表現在焊接過程中產生的熱影響區較小，從而有效降低了熱裂紋的發生率，提升了焊接接頭的力學性能。盡管如此，氣體保護焊對設備的要求較高，需要精密的焊接電源和氣體流量控制系統。氣體流量和保護效果的控制對于焊接質量至關重要，過低的氣體流量可能導致焊接區氧化，降低焊接強度，而過高的氣體流量則可能引發氣體流失，影響焊接穩定性。

2.3 電阻焊

電阻焊作為一種利用電流通過工件接觸面產生的電阻熱進行焊接的技術，大量應用在重卡駕駛室焊接過程。其主要特點是焊接速度快、熱影響區小、生產效率高，適合大批量生產的需求。然而，電阻焊對焊接材料和工藝的要求較為嚴格，尤其是在重卡駕駛室這種高強度結構部件的焊接中，對焊接接頭的強度和穩定性提出了較高要求。電阻焊的焊接過程依賴于電流、壓力和時間等工藝參數的精確控制。合適的電流選擇可確保接頭處充分加熱，從而促進焊接材料的熔化和結合，而過大的電流則可能引起材料過熱，導致焊接接頭脆化、變形或產生裂紋。此外，電阻焊過程中焊接接頭的強度與焊接工藝參數密切相關，焊接時間過長或過短都可能導致接頭強度不足，壓力的大小則影響焊核的成形。同時，電阻焊能夠減少外部焊接材料的使用，提高生產效率，并降低成本，這在重卡生產中起到了至關重要的作用2。

因此，在重卡駕駛室制造中，為了確保焊接接頭具有足夠的強度和穩定性，必須嚴格控制焊接工藝，優化焊接參數。

3焊接缺陷對結構強度的影響

3.1未熔合與未焊透

未熔合是指焊接區域的母材與焊接金屬未完全熔化結合，形成未融合的金屬界面，導致焊接接頭的有效承載面積減小。未焊透則是指焊接過程中未能完全穿透焊接接頭的厚度，形成焊接金屬未能到達接頭另一側的現象。這兩者都會在受力時引發應力集中，極大削弱接頭的整體強度，尤其在重卡駕駛室這樣要求較高結構強度的應用中，容易導致焊接接頭斷裂或失效。

未熔合和未焊透的產生原因復雜，主要包括焊接電流不足、焊接速度過快、坡口設計不合理、焊接姿勢不當等因素。電流過小使得焊接區域的金屬未能充分加熱至熔化狀態，導致母材與焊縫無法形成良好的結合。焊接速度過快則使得熔池未能充分擴展和滲透，無法形成理想的焊縫，產生未焊透現象。同時，坡口設計不當可能導致焊接金屬難以有效填充接頭，增加了未熔合的風險

3.2 裂紋

裂紋的形成原因復雜多樣，其中焊接熱輸入過大、焊接材料含氫量過高以及焊接接頭處的應力集中是其主要誘因。過大的焊接熱輸入會導致母材和焊接金屬的溫度差異過大，形成過度的熱應力，進而導致裂紋產生。焊接過程中，若焊接材料的氫含量過高，氫氣會在冷卻過程中析出并聚集，形成氫脆現象，使得焊接金屬的塑性降低，極易導致裂紋萌生。焊接接頭處的應力集中是裂紋產生的另一重要因素，設計不合理或接頭處尖角的應力集中會加劇裂紋的形成和擴展。

為了有效避免裂紋的產生，需要采取一系列有效的防控措施。首先，合理選擇焊接材料，確保其含氫量控制在安全范圍內。其次，通過優化焊接工藝參數，控制熱輸入和冷卻速率，避免過大熱應力的作用。

3.3 氣孔與夾渣

氣孔是指在焊接過程中，由于氣體未能完全逸出或保護氣體覆蓋不足，導致焊縫內部形成空洞。氣孔的存在會顯著降低焊接接頭的有效承載面積，并在負載作用下形成局部應力集中，這些應力集中點可能導致焊接接頭發生疲勞裂紋或破裂，進而影響結構的整體強度與耐久性[3。夾渣則是焊接過程中，未能完全熔化的焊接材料或母材中的雜質未被清除，夾雜在焊縫內形成微小的固體顆粒。夾渣不僅使焊接接頭的結構更加復雜，還可能導致局部的裂紋和脆性斷裂，嚴重時可能造成焊接接頭的失效。氣孔和夾渣的形成與多種因素密切相關，如焊接材料的氣體含量過高、保護氣體流量不足或保護效果不佳、焊接電流過大或過小，以及焊接速度過快等。在重卡駕駛室焊接過程中，若存在氣孔或夾渣，將直接影響到駕駛室的安全性和可靠性。為了減少這些缺陷的發生，必須選擇合適的焊接材料，并對焊接工藝參數進行精細調整，嚴格控制焊接溫度、速度和保護氣體流量，確保焊接過程中不產生過多的氣泡或雜質。

4 結束語

本文對重卡駕駛室焊接工藝與結構強度之間的關系進行了深入探討。焊接工藝的選擇、參數的設定以及焊接質量的好壞，均對重卡駕駛室的結構強度產生顯著影響。合理的焊接工藝不僅能夠提高駕駛室的承載能力和使用壽命，還能有效降低因焊接缺陷導致的安全隱患。

隨著汽車制造業的不斷發展，對重卡駕駛室結構強度的要求日益嚴格；因此，持續優化焊接工藝、提升焊接質量，成為提升重卡產品競爭力的重要途徑。

參考文獻

[1]谷麗花.某電動輕卡駕駛室結構及焊接性能優化[J].南方農機，2024，55（S1）：112—116.

朱存洋.防滾翻駕駛室骨架焊接變形控制[J].工程機械，2023，54（08）.92-97+10.