汽車車架焊接工藝分析

劉美娜

摘 要：介紹汽車車架結(jié)構(gòu)形式及分類，研究車架常用生產(chǎn)工藝形式，為實際生產(chǎn)過程中車架生產(chǎn)工藝的選擇提供參考。分析車架焊接工藝及流程，為車架焊接工藝的進一步優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：車架；焊接；工藝流程

車架設(shè)計作為新車型設(shè)計開發(fā)過程中的一項重要工作，已越來越受重視。車架是整個汽車的基體，汽車上絕大多數(shù)部件和總成都是通過車架來固定其位置的。車架的功能是支撐連接汽車的各個零部件，并承受來自車內(nèi)外的各種載荷。因此，車架的焊接性直接影響零部件的裝配性、整車的耐久性能及碰撞性能等。隨著汽車工業(yè)技術(shù)的進步以及市場競爭愈加激烈，為縮減產(chǎn)品開發(fā)周期以及制造成本，對車型的平臺化要求越來越高，需要更多的考慮工藝流程一致性設(shè)計[1]。

1 車架結(jié)構(gòu)形式

車架組成部分為前副車架和后副車架。

前副車架的結(jié)構(gòu)形式一般可分為整體開放式結(jié)構(gòu)和框架式封閉結(jié)構(gòu)兩大類。整體開放式結(jié)構(gòu)如圖1所示，焊接件為大板型結(jié)構(gòu)，多為沖壓板件合成焊接，承載和傳遞主要負(fù)荷，其組成中有帶穩(wěn)定桿的連接支架、擺臂安裝支架、轉(zhuǎn)向器安裝支架、差速器支架等結(jié)構(gòu)件，完成前副車架功能性作用，安裝時四周輔以襯套管或襯套管支架與車身裝配連接。典型框架式封閉結(jié)構(gòu)如圖2所示，在前副車架主體上增加前橫梁、縱梁，以增加防撞吸能的功能，功能更強，廣泛用于SUV的車型上，實際上是第一類前副車架的一種變型。

后副車架常見結(jié)構(gòu)形式為框架式封閉結(jié)構(gòu)和扭力梁結(jié)構(gòu)，分別如圖3、4所示。

2 車架工藝可行性分析

目前國內(nèi)生產(chǎn)車架的工藝方法為鉚接和焊接兩種方式。大中型載重汽車的車架多采用鉚接結(jié)構(gòu)，而乘用車、皮卡、輕型貨車的車架多采用焊接結(jié)構(gòu)。焊接結(jié)構(gòu)也有兩種，一種是沖壓焊接結(jié)構(gòu)，另外一種是矩形管焊接車架。目前皮卡車和定位于越野功能的SUV車型的車架多采用沖壓焊接結(jié)構(gòu)，對于鋼制車架焊接方法為CO2氣體保護焊，對于鋁制車架常采用CMT技術(shù)[2]。

2.1 焊接可行性分析

焊接可行性分析是前/后副車架焊接工藝分析的主要內(nèi)容，對副車架的焊接性分析最終應(yīng)達(dá)到焊接操作最方便、焊接成本最低、焊接質(zhì)量最優(yōu)、焊接效率最高的目的。在進行焊接性分析時需遵循以下幾點要求：

2.1.1 保證焊接可達(dá)性，焊接時焊槍與鈑金件不允許存在干涉，一般預(yù)留5mm以上的安全距離。圖5中a）為焊槍與鈑金干涉，經(jīng)過調(diào)整零件切邊長度及過渡圓角半徑，圖5中b）為焊槍與鈑金不干涉的情況。

2.1.2 在焊接過程中不可避免會出現(xiàn)燒邊現(xiàn)象，為保證焊接質(zhì)量，焊道與鈑金邊線搭接寬度一般為6mm，如圖6所示。

2.1.3 為保證焊接強度，焊接最薄板料厚不得小于0.8mm，焊接層數(shù)不得多于3層。

2.1.4 焊接面應(yīng)為平面，盡量避免將焊縫布置在弧面上。

2.1.5 凸焊螺母底孔直徑要求比螺母公稱直徑大1mm，凸焊螺栓底孔直徑要求比螺栓公稱直徑大0.5mm。

2.1.6 起弧、收弧應(yīng)預(yù)留10mm焊接空間。

2.2 裝配可行性分析

裝配可行性分析是副車架焊接工藝分析的重要內(nèi)容，分析的目的是實現(xiàn)零部件的裝配簡單、快捷，不費時不費力，不與其他鈑金件存在干涉等，一般遵循以下幾點要求：

2.2.1 產(chǎn)品分塊與現(xiàn)有車型一致或者類似；

2.2.2 產(chǎn)品裝配順序與現(xiàn)有車型一致或者類似；

2.2.3 零部件裝配后確認(rèn)R角處是否存在干涉，一般預(yù)留2mm以上間隙，如圖7所示。

3 車架焊接工藝流程

汽車車架焊接位置較多，焊縫的焊接質(zhì)量直接關(guān)系到整個車架的剛度和強度，對后續(xù)工序的配裝精度和外觀也有著很大的影響。與此同時，較多的焊縫更易引起焊接變形，常用控制車架焊接變形的方法有兩種。第一，反變形法對車架焊接變形進行質(zhì)量控制，在焊接開始前計算焊接結(jié)構(gòu)變形的方向和大小，之后在零件上預(yù)制出一定量的反變形，或者通過設(shè)置相反的變形以抵消焊接變形，這是車架生產(chǎn)中比較常見的一種控制變形的方法，也是保持設(shè)計要求焊后結(jié)構(gòu)的一種工藝方法[3]。第二，利用焊接順序?qū)ψ冃芜M行控制，在對車架進行焊接的過程中，如果使用不一樣的焊接順序，車架產(chǎn)生的變形也不同，因此，必須對焊接工藝流程控制進行合理的規(guī)劃和設(shè)計。

根據(jù)車架焊接總成的結(jié)構(gòu)特點，在充分考慮預(yù)防焊接變形的基礎(chǔ)上，將焊接過程分解為先將零部件裝焊成組合件，最后由若干零件及組合件裝焊成焊接總成。為矯正焊接變形，在存在變形較為嚴(yán)重的兩個工序后增加矯形工位。為了減小焊接變形，焊接時應(yīng)先進行點定焊接，然后從中間向兩端對稱補焊。補焊完成后利用機械法對焊接總成進行矯形，在變形嚴(yán)重時也可以用加熱法進行矯正。

以后副車架為例，建議生產(chǎn)線焊接工位如圖8所示，生產(chǎn)線平面布置圖如9所示。

其中小件焊接工位1和小件焊接工位2分別布置兩臺弧焊機器人、弧焊設(shè)備、旋轉(zhuǎn)工作臺和工裝夾具等，工位1用于焊接下擺臂、后橫梁及后副車架骨架，工位2用于焊接下擺臂前后安裝支架和后副車架骨架分總成。工藝過程包括人工上件、夾具定位夾緊、焊接、夾具打開及人工取件，旋轉(zhuǎn)工作臺可切換，節(jié)省的生產(chǎn)節(jié)拍，如圖10所示。焊接過程中，兩臺弧焊機器人同時作業(yè)，對稱焊接，可有效減少焊接變形。

總成焊接工位，焊接后副車架分總成和后副車架總成，其焊接樹如圖11所示。總成焊接完成后進行人工補焊和下線檢查。

4 結(jié)論

綜上所述，本文介紹汽車車架結(jié)構(gòu)形式及分類，研究車架常用生產(chǎn)工藝形式，為實際生產(chǎn)過程中車架生產(chǎn)工藝的選擇提供參考。以后副車架為例，分析車架焊接工藝流程，為車架焊接工藝的進一步優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]杜法鋼.汽車車架的焊接及質(zhì)量控制分析[J].南方農(nóng)機.2011（08）.

[2]李衛(wèi)華.汽車車架焊接過程焊接變形控制方法.汽車與駕駛維修[J].2017（07）.

[3]陳重鈞，張亞岐，肖余芳，等，反向變形約束在梁類件焊接變形控制中的應(yīng)用[J].塑性工程學(xué)報，2017，24（4）.