汽车车架焊接工艺分析及工装设计

汽车车架焊接工艺分析及工装设计

魏铁林连翠利

长城汽车股份有限公司技术中心河北省汽车工程技术研究中心保定071000

摘要：汽车车架是气车各组成部分的重要支撑，各种零部件都安装在车架上以构成功能完备的汽车整体。在静止状态下，汽车车架需要承受车身重量、货物重量等载荷，而在汽车运动过程中，车架还承受着不同程度的动载荷。车架的焊接质量和寿命在很大程度下决定了整车的装载能力和整车寿命。因此，研究气车车架的焊接工艺和工装设计有着重要的意义。目前常见的载货汽车车架为边梁式焊接车架。

关键词：汽车车架；焊接工艺；工装设计

引言

车架是汽车各总成的安装基体，它将发动机、底盘和车身等总成连一个有机的整体，即将各总成组成为一辆完整的汽车；同时，车架还承受汽车各总成的质量和有效载荷，并承受汽车行驶时所产生的各种力和力矩，即车架要承受各种静载和动载。现有的车架种类有大梁式、承载式、钢管式及特殊材料一体成型式等。

1焊接车架前分析

车架是承受汽车重量的关键部位，就和人体的骨骼一样，没有健全并且运转良好的骨骼支架，就不能健康的站立、行走和生活。汽车车架是联系汽车其他各个部分的一个重要结构，也是承受载荷的基础部件。在汽车生产成功后，它不仅仅需要承受汽车的静载荷，更要承受汽车不断行驶过程中的动载荷。所以厂一个汽车使用寿命的长短，和汽车车架有很大的关系。边梁式焊接是目前国内载货汽车一般会使用的车架焊接方式。本文主要是以北汽福田的一种货车为例来分析。北汽福田是国内轻型载货汽车行业的主要生产企业之一，而时代轻卡作为其主导产品，自然有特殊和值得学习的地方。主要分析的是它的结构特点。其中七根横梁和两根槽型纵梁，是由它们焊接而成的该车架的闭合式架构。为增加车架的强度，纵梁内部焊接加强纵梁，车架总长约6500毫米，外宽760毫米，车架上平面的平面度要求不得大于2毫米，左右纵梁对角线长度最大偏差不超过3毫米，板簧支架对角线最大偏差不超过2毫米。车架上的发动机支架、驾驶室支架、板簧支架等焊接在相应的位置。焊接接头共有几百处，接头处焊缝多，每一条焊缝的焊接质量都直接影响到整个车架的强度和刚度，影响外观要求和后续工艺的装配精度，因此，必须设计合理的焊接工艺和车架焊合台，以能保证车架总成的质量。

2焊接工艺性分析

（1）车架结构材料一般用Q235A或16Mn低合金钢，焊接性好，加之材料的厚度适中，在合理的装焊工艺条件下，一般不容易产生气孔和裂纹，不需要采用特殊的焊接工艺措施和焊后热处理。（2）车架是整车的载体，车架的焊缝主要承受汽车运行过程中的动载作用，而车架刚性大，焊后接头的收缩力较大，因此必须选用合理的焊接方法及工艺参数，控制线能量。（3）由于整个车架总成是由几百条焊缝交织在一起的组合体，并且焊缝短而集中，焊接加热不均匀且重复加热，接头容易产生热组织而降低接头的承载能力，必须处理好短焊缝的起弧、收弧和衔接，尽量避免补焊，减少重复加热，保证接头强度。（4）对于车架纵梁和横梁而言，焊缝分布并非完全对称，尤其是纵梁加强梁的焊接，要合理安排焊接顺序，尽量采用对称焊和从中间向两头施焊，以减少焊接变形。（5）控制零部件尺寸即互换性，保证装配间隙均匀，以减少因收缩不均所造成的变形。（6）夹具设计时要合理留有收缩余量及装配间隙，综合处理好车架焊后接头应力与总体变形这对相互矛盾的问题，在保证满足设计尺寸要求的条件下，接头焊后存在的应力愈小愈好。

3工装设计分析

由于车架的零部件布置分散，且尺寸也较小，不宜采用平行装配法。因此，谈型载货汽车车架的装配原则为胎具集中。组合件以及较小的零件可在装焊好后再送入大装胎具进行装配。为了准确定位车架零部件，必须采用气动夹紧以克服零部件的刚性。此外，气动夹紧力还可控制车架焊接时的变形，并且提高焊装效率。车架焊装的定位基准选择为两侧纵梁的前轮中心线孔。在定位车架纵梁时，应考虑到焊接变形和车架整体宽度等因素，对纵梁进行定位和夹紧。对于圆管横梁，由于纵梁上都有横梁孔，故横梁只需在侧向进行定位；槽型横梁在宽度方向受到纵梁宽度限制定位，在其它方向用L形定位快进行定位。板簧支架可依靠吊耳环与销轴定位。

4车架的质量控制方法

4.1生产线质量控制

（1）焊缝外观检验。焊缝外观检验的工作内容是对焊缝外表进行检查，以确定焊缝外观尺寸和形状是否符合要求，是否存在咬边、焊瘤、表面气孔、弧坑、表面夹渣、表面裂纹，以及根部未焊透等缺陷。焊缝的外观质量要求自检率100%。（2）焊缝强度试验。为了保证焊接接头的性能，所以要对焊缝进行拉伸试验（周期一般为三月一次）。拉伸试验用材质主要是A420L、A510L，检测焊缝所承受的拉应力与焊接母材（厚度最小的）的许用拉应力的关系。做拉伸试验用的试片尺寸详，表面不应有横向刀痕或划痕。焊缝为对接焊缝，对接间隙为0～1mm，焊接试片不允许有气孔、咬边等焊接缺陷。焊缝承受拉应力大于焊接母材的许用拉应力时，焊缝强度合格；焊缝承受拉应力小于或等于焊接母才的许用拉应力（断裂位置为焊缝及热影响区）时，焊缝强度不合格。

4.2工艺规程执行力度

若要保证车架总成满足产品图纸要求，需严格控制各个生产环节，作为技术部门应该制定详细的工艺规程及检验标准，便于品检过程监控。工艺参数的监控与检查：操作者必须严格按照工艺规定的规范进行操作，工艺参数通过巡检、工艺纪律检查及焊接质量的终检进行管理和控制，为公司级、车间级工艺纪律检查中必检内容，未执行该操作按违反工艺纪律考核。要求检验人员按要求进行，确保后序问题的有效输入，按照重要度充分识别特殊特性及其他关键工位，针对变化情况每天发布信息，便于品质以及技术人员重点关注，有利于控制点的系统改进及管理，制定优化整改措施，使车架质量得到有效的控制。

5案例分析

皮卡车架焊接位置共有几百处，接头处焊缝多，每一条焊缝的焊接质量都影响到整个车架的强度和刚度，影响外观要求和后续工序的装配精度，因此，必须设计合理的焊接方法、工艺、车架焊合工装以及检测手段，才能保证车架总成的质量。车架结构材料一般为Q235、A420L、A510L，厚度一般为2.0～4.0mm，为了减少焊接氧化物产生，故采用75%CO2和25%Ar混合气体保护焊，焊接设备采用CO2气体保护焊焊机。混合气体保护焊是焊丝在送丝机构驱动下将盘绕在焊丝盘上的焊丝经矫直轮矫直后，再经过安装在减速器输出轴上的送丝轮，最后经过送丝软管送向焊枪。经导电嘴导电，焊接时焊丝与焊件之间产生电弧，焊丝自动送进，被电弧熔化形成熔滴并进入熔池，混合气体经喷嘴喷出，包围电弧和熔池，起着隔离空气和保护焊接金属的作用，从而获得良好的焊缝。

结束语

合格的工艺和车架焊胎的保证，不同于汽车车架拼焊，前者能解决汽车车架易变性的难题。在安全性和完整性测试之后，能发现上述汽车车架焊接工艺和制造质量在各方面的技术上都满足了要求。以上方式的汽车车架焊接工艺和工装设计，在很大程度上提高了工艺水平，并且该生产工艺和工装设计方案，得到了同行业的认可，在汽车制造业得以广泛应用。

参考文献：

[1]韩根云.汽车车架焊接变形的控制[J].中国新技术新产品，2012.

[2]彭斌，周平香，赵霞.汽车车架焊接变形及控制方法[J].热加工工艺，2012