重卡駕駛室焊接工藝對結(jié)構(gòu)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(chǎn)中，焊接質(zhì)量對駕駛室的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)及其力學性能產(chǎn)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(chǎn)中，若焊接工藝參數(shù)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(fā)結(jié)構(gòu)失效。因此，深入分析焊接工藝對重卡駕駛室結(jié)構(gòu)強度的影響，研究合適的焊接工藝優(yōu)化方案，具有重要的理論意義和實際價值。

1焊接參數(shù)對結(jié)構(gòu)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(zhì)量和結(jié)構(gòu)強度的 2個關鍵參數(shù)，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(xiàn)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(chǎn)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(tài)更加寬大平整，余高較低，有助于提升焊縫的外觀和質(zhì)量；但過高的電壓可能導致過度擴展的熔池產(chǎn)生不穩(wěn)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(nèi)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(nèi)部的金屬未能充分結(jié)合，出現(xiàn)未焊透現(xiàn)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(fā)生裂紋或斷裂。此外，焊接速度過快還可能導致焊縫形態(tài)不規(guī)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(fā)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(qū)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(zhì)、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(yōu)化焊縫的質(zhì)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(zhì)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(qū)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(xiàn)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(jù)公式精準調(diào)節(jié)參數(shù)，控制熱輸入在合理范圍，以優(yōu)化焊接質(zhì)量，保障結(jié)構(gòu)安全可靠。

2焊接方法對結(jié)構(gòu)強度的影響

2.1 手工電弧焊

手工電弧焊的主要優(yōu)點在于設備簡單、操作靈活，適用于現(xiàn)場和復雜位置的焊接工作。然而，由于手工電弧焊的焊接質(zhì)量往往受到焊工技能水平的顯著影響，焊接接頭的質(zhì)量不穩(wěn)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(chǎn)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(guī)模生產(chǎn)時，較長的操作時間和較低的生產(chǎn)效率使得其在一些需要高效率和一致性質(zhì)量控制的行業(yè)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(yōu)勢。

例如，在復雜的現(xiàn)場環(huán)境或需要焊接小型、特殊結(jié)構(gòu)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(zhì)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(zhì)，有效防止了焊接過程中焊接池的氧化，確保了焊縫的高質(zhì)量與穩(wěn)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(xiàn)較高的熔深，使焊接接頭的強度較為理想。相比傳統(tǒng)手工電弧焊，氣體保護焊的生產(chǎn)效率顯著提高，尤其適用于大規(guī)模生產(chǎn)和自動化焊接場合。其優(yōu)越的焊接性能表現(xiàn)在焊接過程中產(chǎn)生的熱影響區(qū)較小，從而有效降低了熱裂紋的發(fā)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(tǒng)。氣體流量和保護效果的控制對于焊接質(zhì)量至關重要，過低的氣體流量可能導致焊接區(qū)氧化，降低焊接強度，而過高的氣體流量則可能引發(fā)氣體流失，影響焊接穩(wěn)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(chǎn)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(qū)小、生產(chǎn)效率高，適合大批量生產(chǎn)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(jié)構(gòu)部件的焊接中，對焊接接頭的強度和穩(wěn)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(shù)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(jié)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(chǎn)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(shù)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(chǎn)效率，并降低成本，這在重卡生產(chǎn)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(wěn)定性，必須嚴格控制焊接工藝，優(yōu)化焊接參數(shù)。

3焊接缺陷對結(jié)構(gòu)強度的影響

3.1未熔合與未焊透

未熔合是指焊接區(qū)域的母材與焊接金屬未完全熔化結(jié)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(cè)的現(xiàn)象。這兩者都會在受力時引發(fā)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(jié)構(gòu)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(chǎn)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?shù)纫蛩亍ｋ娏鬟^小使得焊接區(qū)域的金屬未能充分加熱至熔化狀態(tài)，導致母材與焊縫無法形成良好的結(jié)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(chǎn)生未焊透現(xiàn)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(chǎn)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(xiàn)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(chǎn)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(chǎn)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(nèi)。其次，通過優(yōu)化焊接工藝參數(shù)，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(nèi)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(fā)生疲勞裂紋或破裂，進而影響結(jié)構(gòu)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(zhì)未被清除，夾雜在焊縫內(nèi)形成微小的固體顆粒。夾渣不僅使焊接接頭的結(jié)構(gòu)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(fā)生，必須選擇合適的焊接材料，并對焊接工藝參數(shù)進行精細調(diào)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(chǎn)生過多的氣泡或雜質(zhì)。

4 結(jié)束語

本文對重卡駕駛室焊接工藝與結(jié)構(gòu)強度之間的關系進行了深入探討。焊接工藝的選擇、參數(shù)的設定以及焊接質(zhì)量的好壞，均對重卡駕駛室的結(jié)構(gòu)強度產(chǎn)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(yè)的不斷發(fā)展，對重卡駕駛室結(jié)構(gòu)強度的要求日益嚴格；因此，持續(xù)優(yōu)化焊接工藝、提升焊接質(zhì)量，成為提升重卡產(chǎn)品競爭力的重要途徑。

參考文獻

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