某新能源車型后扭力梁開(kāi)裂失效分析及解決方案

易文雄 徐沛瑤

摘 要：針對(duì)某新開(kāi)發(fā)能源車型在模擬道路耐久（24通道）臺(tái)架中出現(xiàn)后扭力梁開(kāi)裂失效問(wèn)題，基于后扭力梁CAE分析及材料分析等確認(rèn)后扭梁失效原因，通過(guò)焊縫優(yōu)化措施而進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證，同時(shí)達(dá)到焊縫質(zhì)量最優(yōu)產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：后扭力梁;24通道;失效;焊縫

在全球大力發(fā)展新能源汽車的行駛下，中國(guó)各主機(jī)廠都在國(guó)內(nèi)政策推動(dòng)下發(fā)展新能源汽車。后扭力梁是汽車懸架類型的一種，對(duì)整車行駛過(guò)程有著苛刻要求。后扭力梁主要由橫梁、縱臂、車輪支架、彈簧盤(pán)、減震器支架、法蘭板、套管、線束支架等組成。由于后扭力梁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占用整車空間小、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，不僅在傳統(tǒng)燃油車上也在新能源車型上廣泛運(yùn)用。

本文以某新能源車型開(kāi)發(fā)過(guò)程中，后扭力梁在模擬道路耐久24通道臺(tái)架試驗(yàn)中出現(xiàn)的橫梁本體開(kāi)裂展開(kāi)分析，并在后續(xù)試制及量產(chǎn)中將此問(wèn)題消除。

1 失效背景

后扭力梁新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，需通過(guò)各項(xiàng)臺(tái)架試驗(yàn)、路試指標(biāo)才能完成OTS認(rèn)可。其中24通道試驗(yàn)是道路模擬試驗(yàn)臺(tái)架中的一種類型，能夠觀測(cè)對(duì)四個(gè)車輪六個(gè)自由度方向的受力和扭矩情況。本文所述在整車24通道試驗(yàn)中，實(shí)際壽命達(dá)到試驗(yàn)要求的77%壽命時(shí)，縱臂與車輪支架焊縫開(kāi)裂，疲勞裂紋擴(kuò)展至縱臂與橫梁焊縫。面對(duì)此失效問(wèn)題需展開(kāi)原因分析，進(jìn)而采取相關(guān)措施，在下輪試驗(yàn)驗(yàn)證中通過(guò)，保證此車型項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)。

2 檢驗(yàn)結(jié)果

2.1 宏觀檢驗(yàn)

失效件返回原生產(chǎn)公司，圖1為主機(jī)廠進(jìn)行24通道試驗(yàn)失效送檢的后扭力梁左側(cè)。圖2為圖1后扭力梁開(kāi)裂處宏觀圖像，并體現(xiàn)出裂紋處結(jié)構(gòu)圖像。從圖2結(jié)構(gòu)圖像可看出車輪支架與縱臂焊接在一起，橫梁與縱臂、彈簧盤(pán)焊接在一起。開(kāi)裂位置在車輪支架與縱臂焊縫處，并延伸至縱臂與橫梁處焊縫。

2.2 材料分析

在原材料選用上：橫梁原材料屈服強(qiáng)度≥780Mpa;縱臂原材料屈服強(qiáng)度≥420 Mpa;車輪支架原材料屈服強(qiáng)度≥460 Mpa。結(jié)合前期開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)CAE分析報(bào)告，此失效應(yīng)力遠(yuǎn)小于原材料屈服強(qiáng)度，在原材料選用上排除設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 斷口分析

材料經(jīng)過(guò)塑性變形后發(fā)生斷裂，這是金屬的韌性斷裂表現(xiàn)，可分析其金屬微觀機(jī)理。[1]將斷裂口通過(guò)體現(xiàn)顯微鏡觀察，見(jiàn)圖3，裂紋是由車輪支架與縱臂焊縫起弧段發(fā)生開(kāi)裂，裂紋源位于焊縫里側(cè)，焊縫本體發(fā)生開(kāi)裂，并沿焊縫兩側(cè)擴(kuò)展。

2.4 焊縫熔深檢測(cè)

通過(guò)對(duì)失效焊縫處進(jìn)行剖切，見(jiàn)圖4，從焊縫背面照片可以看出，有大量的焊液穿透縱臂材料，發(fā)生焊穿的現(xiàn)象。初步說(shuō)明車輪支架與縱臂匹配間隙較大。參照此主機(jī)廠企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，焊接要求焊縫不允許出現(xiàn)焊穿現(xiàn)象。

3 失效原因分析

通過(guò)以上分析，可判斷失效件開(kāi)裂原因主要是焊縫質(zhì)量不合格。此焊縫由焊穿引發(fā)的焊縫質(zhì)量不合格會(huì)導(dǎo)致局部應(yīng)力變化、焊接結(jié)合力改變，存在導(dǎo)致早期失效的風(fēng)險(xiǎn)。需加強(qiáng)焊縫質(zhì)量，避免焊穿等焊接缺陷。焊接工藝要求使用為直徑1.2mm焊絲，出現(xiàn)焊穿情況，表明此焊縫失效處匹配間隙大于1.2mm。此取決于管梁及沖壓散件邊線及型面是否合格，如散件尺寸不符合要求，則會(huì)導(dǎo)致焊縫質(zhì)量不穩(wěn)定。

4 整改措施

優(yōu)化陪陪間隙，通過(guò)對(duì)車輪支架、縱臂、橫梁的邊線及型面合格率提升，關(guān)鍵匹配面和匹配線需100%合格，達(dá)到焊接匹配間隙≤1.2mm要求，從而降低產(chǎn)品的補(bǔ)焊率。沖壓散件來(lái)料，確認(rèn)其來(lái)料報(bào)告合格，加強(qiáng)來(lái)料質(zhì)量管理。生產(chǎn)嚴(yán)格根據(jù)工藝文件進(jìn)行生產(chǎn)、檢驗(yàn)。并做好自檢、互檢兩次焊縫外觀100%檢查，出貨前嚴(yán)格執(zhí)行GP12外觀檢查。優(yōu)化并固定焊接參數(shù)，起弧、收弧點(diǎn)及焊槍軌跡，防止焊縫熔核偏移。下一輪焊接時(shí)重點(diǎn)關(guān)注此區(qū)域間隙情況，檢查其熔深、焊縫外觀、咬邊是否合格;進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，看看是否能復(fù)現(xiàn)此失效模式。

5 試驗(yàn)驗(yàn)證

控制散件尺寸，根據(jù)工藝文件焊接出焊縫合格、總成尺寸合格的后扭梁，按流程供貨至主機(jī)廠裝車?yán)^續(xù)進(jìn)行模擬道路耐久（24通道）臺(tái)架試驗(yàn)。進(jìn)行的臺(tái)架試驗(yàn)中驗(yàn)證此問(wèn)題，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)完成驗(yàn)證，無(wú)焊縫開(kāi)裂、板材開(kāi)裂等問(wèn)題出現(xiàn)。在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽取2套后扭力梁成品，在內(nèi)部試驗(yàn)室分別做垂直扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)和縱向力耐久試驗(yàn)>20萬(wàn)次停止，無(wú)焊縫開(kāi)裂、板材開(kāi)裂等問(wèn)題出現(xiàn)。

6 結(jié)論

失效件縱臂與車輪支架焊縫開(kāi)裂，疲勞裂紋擴(kuò)展至縱臂與橫梁焊縫，是焊縫質(zhì)量不合格導(dǎo)致。在此車型后扭力梁失效問(wèn)題上，得出此類產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中需各方面考慮，包括設(shè)計(jì)和制造。在前期設(shè)計(jì)階段需充分對(duì)原材料選用分析、應(yīng)力優(yōu)化等來(lái)保證后期生產(chǎn)制造問(wèn)題非設(shè)計(jì)問(wèn)題。產(chǎn)品制造中，需對(duì)各個(gè)零部件質(zhì)量層層把關(guān)，保證下級(jí)零件合格入庫(kù)，并對(duì)生產(chǎn)過(guò)程嚴(yán)格按工藝文件及相關(guān)流程控制。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃見(jiàn)科，董湘懷.金屬韌性斷裂準(zhǔn)則的數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究[J].材料科學(xué)與工藝，2010，18（4）：450-454.