汽車車架焊接工藝分析及工裝設計

江冰霞

摘 要：汽車車架焊接工藝和工裝設計是汽車制造與加工過程中的關鍵步驟，只有把握住焊接和工裝的關鍵技術，才能實現(xiàn)汽車車架的穩(wěn)固和美觀。本文以國內(nèi)北汽福田的一款輕型載貨汽車為例，分析了這種型號汽車的車架特點，然后分析了焊接工藝性，再探討了焊接流程和工藝應該注意的關鍵點，并且以圖例說明了工裝設計方案。良好的焊接工藝和工裝設計方案是關系到我國汽車工業(yè)健康發(fā)展的關鍵，只有不斷的實踐和科學的研究探討，才能為實現(xiàn)我們國家工業(yè)化生產(chǎn)做出一份努力。

關鍵詞：焊接工藝；汽車車架；工裝設計

1 焊接車架前分析

車架是承受汽車重量的關鍵部位，就和人體的骨骼一樣，沒有健全并且運轉(zhuǎn)良好的骨骼支架，就不能健康的站立、行走和生活。汽車車架是聯(lián)系汽車其他各個部分的一個重要結(jié)構(gòu)，也是承受載荷的基礎部件。在汽車生產(chǎn)成功后，它不僅僅需要承受汽車的靜載荷，更要承受汽車不斷行駛過程中的動載荷。所以，一個汽車使用壽命的長短，和汽車車架有很大的關系。

邊梁式焊接是目前國內(nèi)載貨汽車一般會使用的車架焊接方式。本文主要是以北汽福田的一種貨車為例來分析。北汽福田是國內(nèi)輕型載貨汽車行業(yè)的主要生產(chǎn)企業(yè)之一，而時代輕卡作為其主導產(chǎn)品，自然有特殊和值得學習的地方。主要分析的是它的結(jié)構(gòu)特點。其中七根橫梁和兩根槽型縱梁，是由它們焊接而成的該車架的閉合式架構(gòu)。為增加車架的強度，縱梁內(nèi)部焊接加強縱梁，車架總長約6500毫米，外寬760毫米，車架上平面的平面度要求不得大于2毫米，左右縱梁對角線長度最大偏差不超過3毫米，板簧支架對角線最大偏差不超過2毫米。車架上的發(fā)動機支架、駕駛室支架、板簧支架等焊接在相應的位置。焊接接頭共有幾百處，接頭處焊縫多，每一條焊縫的焊接質(zhì)量都直接影響到整個車架的強度和剛度，影響外觀要求和后續(xù)工藝的裝配精度，因此，必須設計合理的焊接工藝和車架焊合臺，以能保證車架總成的質(zhì)量。

2 焊接工藝性分析

2.1 車架結(jié)構(gòu)材料一般用Q235A或16Mn低合金鋼，焊接性好，加之材料的厚度適中，在合理的裝焊工藝條件下，一般不容易產(chǎn)生氣孔和裂紋，不需要采用特殊的焊接工藝措施和焊后熱處理。

2.2 車架是整車的載體，車架的焊縫主要承受汽車運行過程中的動載作用，而車架剛性大，焊后接頭的收縮力較大，因此必須選用合理的焊接方法及工藝參數(shù)，控制線能量。

2.3 由于整個車架總成是由幾百條焊縫交織在一起的組合體，并且焊縫短而集中，焊接加熱不均勻且重復加熱，接頭容易產(chǎn)生熱組織而降低接頭的承載能力，必須處理好短焊縫的起弧、收弧和銜接，盡量避免補焊，減少重復加熱，保證接頭強度。

2.4 對于車架縱梁和橫梁而言，焊縫分布并非完全對稱，尤其是縱梁加強梁的焊接，要合理安排焊接順序，盡量采用對稱焊和從中間向兩頭施焊，以減少焊接變形。

2.5 控制零部件尺寸即互換性，保證裝配間隙均勻，以減少因收縮不均所造成的變形。

2.6 夾具設計時要合理留有收縮余量及裝配間隙，綜合處理好車架焊后接頭應力與總體變形這對相互矛盾的問題，在保證滿足設計尺寸要求的條件下，接頭焊后存在的應力愈小愈好。

3 焊接流程和工藝

3.1 采取二氧化碳氣體保護焊的原因和選擇焊接參數(shù)

由于二氧化碳氣體保護，焊接成本低，生產(chǎn)效率高，抗銹、抗氫和抗裂紋能力強，焊后不清渣，變形小，易操作，適于全位置焊，因此焊接方法采用半自動二氧化碳氣體保護焊，其焊接工藝參數(shù)如下所示：車架焊接工藝參數(shù)：焊機型號 NBC-350；焊絲直徑：1.0mm；焊絲牌號 ：H08Mn2S1A；焊接電流：170-210A；電弧電壓：22-26V；氣體流量：10-13L/min；焊接速度：50cm/min。

3.2 裝焊工藝流程

根據(jù)車架焊接組成的結(jié)構(gòu)特點，在充分考慮預防焊接變形的基礎上，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，在存在變形較為嚴重的兩個工序后增加矯形工位。工藝流程如下圖：

零部件組焊→焊縱梁加強梁→縱梁焊后矯形→大樁定位點固焊→車架補焊→車架裝配→車架矯形→車架檢驗→車架涂裝

減小焊接變形，在焊接時應先進行點固焊，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，在變形嚴重時也可采用加熱法進行矯正。

4 工裝設計方案

4.1 定位基準的選擇

易車架左右縱梁上的前輪中心線孔作為定位基準孔。

4.2 車架縱梁定位夾緊

為了減少和防止縱梁裝焊時焊接變形，并控制車架整體外觀尺寸，應采用對縱梁進行定位夾緊的形式。左縱梁下翼面及外腹面由加工的定位塊進行定位，為保證裝配和起模方便，右縱梁的外腹面用氣缸定位，縱梁內(nèi)腹面用一雙頭氣缸夾緊。

4.3 橫梁定位

圓管橫梁一般穿過縱梁上的橫梁孔直接焊接在縱梁及加強梁上，因此只需用定位塊進行側(cè)向定位即可。槽型橫梁在車架寬度方向上由兩縱梁寬度保證。前后方向和上下方向上可用“L”形定位塊限位后點焊。

4.4 板簧支架定位

前后板簧支架定位利用吊耳孔定位，采用手動式移動銷。

4.5 氣路設計

從氣管來的氣體從總管路進入左右兩側(cè)的支管，最后由配氣控制閥進入夾緊器氣缸。

5 防止焊接變形的方法

焊接過程中，容易產(chǎn)生大量的熱，這些熱容易產(chǎn)生焊接變形，另外，在每一步操作過程中，每個部件相互交錯也是導致變形的重要原因。分析了上面產(chǎn)生變形的量大原因，可以采取以下措施防止變形：

5.1 采用快速推拉夾具的方法

采用快速推拉夾具將車架前、后段槽鋼靠近和脫離定位。

5.2 采用絲杠緊固車架大梁

車輛大梁在胎具內(nèi)的定位不僅僅是要用定位塊定位，還需要由絲杠制作的夾具將型鋼壓住，使得它靠近定位塊的一側(cè)。

5.3 反變形

反變形的方法之一是采用5毫米的工藝墊片，在施焊前，墊在車架大梁的中間部位。再用絲杠夾具強制將大梁往下壓。由于熱脹冷縮原理，再加上封閉結(jié)構(gòu)件的原理，統(tǒng)一部件加熱時產(chǎn)生的伸長量會小于該部位實際的收縮量。

5.4 盡力避免隨機誤差，保證工件質(zhì)量

工件隨著隨行夾具一起傳送到下一個工位。

結(jié)語

合格的工藝和車架焊胎的保證，不同于汽車車架拼焊，前者能解決汽車車架易變性的難題。在安全性和完整性測試之后，能發(fā)現(xiàn)上述汽車車架焊接工藝和制造質(zhì)量在各方面的技術上都滿足了要求。以上方式的汽車車架焊接工藝和工裝設計，在很大程度上提高了工藝水平，并且該生產(chǎn)工藝和工裝設計方案，得到了同行業(yè)的認可，在汽車制造業(yè)得以廣泛應用。

參考文獻：

[1]彭斌，周平香，趙霞.汽車車架焊接變形及控制方法[J].熱加工工藝，2011.

[2]韓根云.汽車車架焊接變形的控制[J].機械工人，2000.