車(chē)架焊道防腐處理的改進(jìn)

曹曉根，高靜

（長(zhǎng)城汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車(chē)工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

車(chē)架焊道防腐處理的改進(jìn)

曹曉根*，高靜

（長(zhǎng)城汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車(chē)工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

在汽車(chē)上市兩年后的質(zhì)檢中發(fā)現(xiàn)，其車(chē)架焊道發(fā)生腐蝕。腐蝕的原因是焊接過(guò)程中產(chǎn)生了Fe、Si、Mn等氧化物，而該氧化物不導(dǎo)電，使其電泳時(shí)表面無(wú)電泳漆。對(duì)車(chē)架焊道防腐處理工藝的改進(jìn)方案進(jìn)行了討論，確定了將保護(hù)氣由單一的CO2改為80% Ar + 20% CO2混合保護(hù)氣的方案，并對(duì)惡劣環(huán)境使用的汽車(chē)采用底盤(pán)裝甲的方案。改進(jìn)后，焊道表面的氧化結(jié)晶體大幅度減少，防腐能力增強(qiáng)，產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)于同類(lèi)合資品牌。

車(chē)架；焊道；防腐；保護(hù)氣；底盤(pán)裝甲

1 前言

重卡、皮卡、部分SUV(Sports Utility Vehicle，即運(yùn)動(dòng)型多功能車(chē))等汽車(chē)車(chē)身往往采用非承載車(chē)身結(jié)構(gòu)，其車(chē)身與車(chē)架獨(dú)立。車(chē)架作為車(chē)身的重要組成部分對(duì)整車(chē)的作用不言而喻，其對(duì)承載系統(tǒng)的平均抗扭剛度的貢獻(xiàn)率模擬計(jì)算在31.5%左右[1]。車(chē)架防腐主要是保護(hù)車(chē)架以防銹蝕甚至銹穿。它不僅能提高車(chē)身的外觀質(zhì)量，而且是整車(chē)保持持續(xù)安全性能的有效保證。為了保證車(chē)架的耐腐蝕性，目前大多采用涂層防腐的方式。然而焊道由于其特殊性，防腐效果遠(yuǎn)不及車(chē)架基材。本文結(jié)合某車(chē)架車(chē)間的實(shí)際情況，分析可能采用的防腐措施。

2 存在的問(wèn)題及原因

本公司車(chē)架車(chē)間擔(dān)負(fù)A、B系列車(chē)型的車(chē)架生產(chǎn)，產(chǎn)能設(shè)計(jì)為10萬(wàn)臺(tái)/a，自2005年量產(chǎn)后一直負(fù)責(zé)公司的車(chē)架生產(chǎn)。車(chē)架車(chē)間設(shè)有沖壓、焊接、涂裝等主要工藝。其中，焊接有3條生產(chǎn)線(最快節(jié)拍為5 min)，涂裝有1條生產(chǎn)線(每掛3個(gè)或4個(gè)車(chē)架，節(jié)拍5 min)。在設(shè)計(jì)之初，依據(jù)我國(guó)汽車(chē)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) QC/T 484–1999《汽車(chē)油漆涂層》的規(guī)定，涂層代號(hào)為T(mén)Q4的車(chē)架、車(chē)輪擋泥板組屬優(yōu)質(zhì)防腐蝕涂層，其涂層厚度不能低于20 μm，耐中性鹽霧不得低于500 h。公司結(jié)合自身的產(chǎn)品定位，采用防腐能力較好的陰極電泳漆。車(chē)架的主要材料是熱軋?zhí)妓劁摪逡约跋嘟馁|(zhì)的ER50-6焊絲形成的焊道。焊接時(shí)采用自動(dòng)送絲，用CO2作為保護(hù)氣。通過(guò)劃格試驗(yàn)證明電泳漆(含磷化)與鋼板及焊道均具有良好的附著，工件的耐中性鹽霧時(shí)間按 ASTM B117–2007標(biāo)準(zhǔn)(單向擴(kuò)蝕2 mm)也達(dá)到800 h以上，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室及工件的相應(yīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證合格后進(jìn)行量產(chǎn)。

量產(chǎn)后約兩年，在對(duì)市場(chǎng)上的車(chē)輛進(jìn)行例行抽樣質(zhì)檢時(shí)發(fā)現(xiàn)，部分車(chē)架焊道表面出現(xiàn)局部銹蝕，嚴(yán)重的銹蝕深度約0.2 mm。與市場(chǎng)上其他公司同期車(chē)型進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)類(lèi)似問(wèn)題普遍存在，但銹蝕程度差異較大，嚴(yán)重的銹蝕深度接近0.5 mm。盡管與市場(chǎng)上其他公司的產(chǎn)品相比，本公司車(chē)架的銹蝕更輕，但考慮到公司未來(lái)的發(fā)展，須對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)。

通過(guò)對(duì)工件進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，確認(rèn)其耐鹽霧性能并無(wú)問(wèn)題，為何卻在使用兩年后出現(xiàn)銹蝕，并且銹蝕部位全部集中在焊道上？檢查發(fā)現(xiàn)，車(chē)架經(jīng)焊接后，焊道上有黃色的結(jié)晶物，而且黃色結(jié)晶物存在的面積與實(shí)際銹蝕的大小比較接近。經(jīng)檢測(cè)，該黃色結(jié)晶物的成分為Fe、Si、Mn等元素的氧化物。由于其不導(dǎo)電，故在電泳時(shí)表面無(wú)電泳漆。若在焊接前涂抹防濺劑，結(jié)晶的大小和數(shù)量稍稍減小，但總面積減少不超過(guò)20%；調(diào)整CO2的流量，結(jié)晶面無(wú)明顯變化。

3 改進(jìn)方案

3. 1 改進(jìn)目標(biāo)

通過(guò)與進(jìn)口的部分品牌高端皮卡進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，其焊道表面同樣存在黃色結(jié)晶物，但面積要小得多。為此，將黃色結(jié)晶物確定為標(biāo)桿，根據(jù)產(chǎn)品定位，擬將目標(biāo)確定為單個(gè)黃色晶體面積不超過(guò)0.15 cm2；長(zhǎng)度為1 m的焊道，面積超過(guò)0.1 cm2的黃色晶體數(shù)量不超過(guò) 2個(gè)?？紤]到對(duì)黃色晶體表面進(jìn)行保護(hù)同樣可保證耐腐蝕性能，故增加平行目標(biāo)，焊道處抗石擊性能不低于其他電泳部位(試板電泳膜厚為20 μm)。

3. 2 改進(jìn)方案對(duì)比

用 TRIZ(Theory of the Solution of Inventive Problems，即發(fā)明問(wèn)題的解決理論)進(jìn)行分析，結(jié)合目前的技術(shù)狀況，找出 9種解決方案，從施工條件、投入及優(yōu)缺點(diǎn)等方面進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 解決焊道腐蝕問(wèn)題可選方案對(duì)比Table 1 Comparison between the optional schemes for solution of weld bead corrosion problem

3. 3 改進(jìn)方案的確定

由表1可見(jiàn)，方案3和方案4效果不佳且造成環(huán)境污染，排除；方案5與方案1對(duì)比，在質(zhì)量上無(wú)優(yōu)勢(shì)，排除；方案8與方案7相比，僅在再涂性上有優(yōu)勢(shì)，而該車(chē)架無(wú)須再涂面漆，考慮成本因素，排除；方案1、2、7互斥，排除效果較差的方案1，而方案7需要較大面積的晾干區(qū)，實(shí)際場(chǎng)地實(shí)現(xiàn)困難，改造成本高，排除。因此，剩余的方案有2、6和9。方案6可達(dá)到改進(jìn)目標(biāo)，且實(shí)現(xiàn)容易，增加的費(fèi)用也可接受，故可選。但該方案在解決問(wèn)題方面并不完美，如在泛歐或北美一些冬季撒鹽的地區(qū)會(huì)加重車(chē)輛的腐蝕，因此需要針對(duì)特定地區(qū)考慮采用方案2或方案9。由于方案 9的工藝性較差，涉及車(chē)輛相對(duì)較少，且需要對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行改造，故可采用外包方式，在車(chē)輛完成后交由外協(xié)廠進(jìn)行施工。

3. 4 混合保護(hù)氣的更換

在保證最初改進(jìn)目標(biāo)的前提下，方案 6的實(shí)現(xiàn)相對(duì)容易，其減少了焊道表面氧化物顆粒，使焊道的防腐性能有明顯改善，且在改進(jìn)焊道防腐的前提下單個(gè)車(chē)架成本控制最低，能明顯減少環(huán)境污染。以方案 6對(duì)小樣進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，焊接后的照片見(jiàn)圖1?？梢钥吹?，將混合保護(hù)氣由CO2改為80% Ar + 20% CO2后，黃色結(jié)晶的面積大幅度減小。

圖1 使用混合保護(hù)氣前后焊接效果對(duì)比Figure 1 Comparison between weld effect before and after use of mixed shielding gas

4 實(shí)施效果

2008年，將保護(hù)氣由CO2改為80% Ar + 20% CO2的混合氣體后發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)施工工藝能滿足質(zhì)量要求。首批車(chē)架入市1 a、2 a和3 a后，對(duì)其分別進(jìn)行了抽樣檢查，結(jié)果單點(diǎn)表面腐蝕面積不超過(guò)0.1 cm2，深度不超過(guò)0.1 mm，腐蝕情況明顯優(yōu)于換氣前的產(chǎn)品。采用底盤(pán)裝甲的產(chǎn)品，表面未出現(xiàn)銹蝕，質(zhì)量?jī)?yōu)于同類(lèi)合資品牌產(chǎn)品。至此，車(chē)架焊道的防腐處理改進(jìn)基本完成。

5 結(jié)語(yǔ)

車(chē)架是車(chē)身的重要組成部分，其承受來(lái)自車(chē)上和地面上的各種靜、動(dòng)載荷，支撐連接汽車(chē)的各零部件及總成，所以是防腐的關(guān)鍵部件。具有高防腐性能的車(chē)架增強(qiáng)了整車(chē)在汽車(chē)市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)力。因此，從公司前景出發(fā)，質(zhì)量從細(xì)節(jié)著手，就可以在同等水平的系列車(chē)型上以細(xì)節(jié)贏得成功。

[1] 梁晨, 何寧寧, 姚俊賢, 等. 非承載式車(chē)身對(duì)整車(chē)剛度貢獻(xiàn)率研究[J].機(jī)械強(qiáng)度, 2009, 31 (6): 887-891.

[2] 王晨光. 金屬表面拋丸處理技術(shù)在鐵路車(chē)輛轉(zhuǎn)向架檢修中的應(yīng)用[J].鐵道機(jī)車(chē)車(chē)輛, 2002 (3): 54-55.

[3] 劉新林. 底盤(pán)裝甲──汽車(chē)底盤(pán)的保護(hù)神[J]. 汽車(chē)維修與保養(yǎng), 2006 (2): 74-75.

Improvement of corrosion protective treatment of vehicle frame weld bead //

CAO Xiao-gen*, GAO Jing

It was found that the vehicle frame weld bead was corroded during quality inspection after automobile listing for two years. The cause for corrosion was that nonconductive oxides of Fe, Si and Mn were produced during welding, leading to the absence of electrophoretic coatings on their surface. In the paper, the improvement scheme of corrosion protective treatment process of vehicle frame weld beat was discussed and ascertained as follows: replacement of single gas CO2with mixed shielding gases (80% Ar + 20% CO2) and use of armor for the chassis of automobile used in harsh environment. After improvement, the amount of oxide crystals on the surface of weld bead are decreased greatly, improving the corrosion protection performance. The products have better quality than the similar ones of joint venture brands.

vehicle frame; weld bead; corrosion protection; shielding gas; armored chassis

Hebei Province Automobile Engineering Technology Research Center, Technological Center of Changcheng Automobile Co., Ltd., Baoding 071000, China

TG178

A

1004 – 227X (2012) 08 – 0040 – 03

2012–03–05

2012–03–15

曹曉根（1978–），男，河北人，專(zhuān)科，長(zhǎng)城公司副高級(jí)工程師，已發(fā)表論文10余篇，研究方向?yàn)槠?chē)涂裝。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) caoxiaogen@gwm.cn。

[ 編輯：韋鳳仙 ]