分析汽車底盤結(jié)構(gòu)件焊縫設(shè)計(jì)

王寧 馮友亮 許兵

摘 要：對(duì)于汽車結(jié)構(gòu)的分析，汽車底盤的重要結(jié)構(gòu)部位是后橋和副車架。對(duì)于運(yùn)用前橋進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的汽車，后橋的作用會(huì)比較單一，僅僅是承載的基本的功能。在當(dāng)前汽車的生產(chǎn)過程中，結(jié)構(gòu)件在整個(gè)汽車零件中占有1/4的比例，是非常重要的汽車組件。在對(duì)汽車結(jié)構(gòu)件進(jìn)行焊接之前，首先需要對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行有針對(duì)性的策劃，包括選擇焊接設(shè)備、評(píng)定焊接工藝、確定檢測(cè)項(xiàng)目等，在完成對(duì)這些要素的策劃之后，便可以從以下幾個(gè)方面對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行有效控制。

關(guān)鍵詞：汽車底盤;結(jié)構(gòu)件;焊逢設(shè)計(jì)

1 焊縫設(shè)計(jì)研究思路

確定焊縫承載能力評(píng)價(jià)指標(biāo)是汽車底盤焊縫設(shè)計(jì)研究最重要的部分，是焊縫安全校核的前提條件。

（1）對(duì)后橋懸架臂和襯套管進(jìn)行工藝實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行焊接熱過程和殘余應(yīng)力的測(cè)量，記錄焊縫方向的焊接熱過程曲線，并采用小孔法獲得近縫區(qū)縱向橫向焊接殘余應(yīng)力，為焊接溫度場(chǎng)和殘余應(yīng)力場(chǎng)的正確性提供參考。

（2）對(duì)懸架臂和襯套管焊接溫度場(chǎng)和殘余應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行模擬計(jì)算，得到實(shí)際試驗(yàn)相對(duì)應(yīng)的焊接熱過程曲線和焊接殘余應(yīng)力的數(shù)值。

（3）對(duì)后橋的懸架臂和襯套管進(jìn)行拉伸破壞實(shí)驗(yàn)，得到抗拉伸平均載荷，合成計(jì)算懸架臂和襯套管的拉伸載荷和焊接殘余應(yīng)力。

（4）進(jìn)行焊縫安全校核，和實(shí)際的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。使用計(jì)算懸架臂和襯套管焊接溫度場(chǎng)和殘余應(yīng)力場(chǎng)時(shí)的參數(shù)命令，對(duì)后橋和副車架計(jì)算焊接溫度場(chǎng)分布和殘余應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)算。

（5）進(jìn)行焊縫計(jì)算。不改變結(jié)構(gòu)整體形狀的基礎(chǔ)上改變了焊縫數(shù)量、長(zhǎng)度、形式等，完成汽車底盤焊接結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

2 工藝因素

從產(chǎn)品屬性角度來看，汽車焊接結(jié)構(gòu)件的屬性相對(duì)特殊，需要通過對(duì)工藝因素的有效控制實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的控制。一般情況下，需要從以下三個(gè)方面來控制工藝因素：①人員素質(zhì)。從事焊接工作的相關(guān)人員一定要具備良好的技能素質(zhì)，不僅能夠?qū)ιa(chǎn)時(shí)間進(jìn)行準(zhǔn)確的控制，還要能夠確保穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量，從而達(dá)到控制生產(chǎn)過程中相關(guān)工藝因素的目的。②設(shè)備穩(wěn)定性。在對(duì)結(jié)構(gòu)件進(jìn)行焊接的過程中，對(duì)電壓、氣壓、水質(zhì)等條件都有著嚴(yán)格的要求。因此，在焊接時(shí)，一定要確保焊接設(shè)備的高度穩(wěn)定，定期檢查設(shè)備的運(yùn)行情況。一旦發(fā)現(xiàn)問題，需要在第一時(shí)間對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，避免因設(shè)備問題而導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降。③參數(shù)符合性。工藝參數(shù)的準(zhǔn)確是確保焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。

3 實(shí)物質(zhì)量

在對(duì)實(shí)物質(zhì)量進(jìn)行控制的過程中，需要注意以下三個(gè)方面：①首、中、末件檢驗(yàn)。對(duì)于汽車焊接結(jié)構(gòu)件來說，整個(gè)加工過程便是確保產(chǎn)品質(zhì)量的過程，結(jié)構(gòu)件加工一旦完成，那么產(chǎn)品的質(zhì)量也就無法改變，因此，對(duì)加工首件的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)，是確保接下來產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。首先，焊接人員需要在生產(chǎn)前對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行嚴(yán)格檢查，確保設(shè)備能夠正常生產(chǎn);其次，在完成首、中、末件架構(gòu)之后，相關(guān)人員還需要以檢驗(yàn)規(guī)范為基礎(chǔ)對(duì)產(chǎn)品物流卡進(jìn)行嚴(yán)格檢查，以確保生產(chǎn)材料與生產(chǎn)要求相符;再次，通過檢測(cè)設(shè)備對(duì)產(chǎn)品尺寸進(jìn)行檢驗(yàn)，確保產(chǎn)品尺寸符合標(biāo)準(zhǔn);最后，以缺陷標(biāo)樣為基礎(chǔ)對(duì)焊縫進(jìn)行缺陷檢查，并將檢查結(jié)果填入“三檢”檢驗(yàn)卡中。②返工件質(zhì)量。雖然在對(duì)汽車結(jié)構(gòu)件進(jìn)行焊接的過程中有著嚴(yán)格的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與工藝控制，但一些不合格產(chǎn)品仍然不可避免，這也是實(shí)物質(zhì)量管理過程中的難點(diǎn)。想要控制這些返工件，首先必須有針對(duì)性地評(píng)審這些不合格產(chǎn)品，明確其不合格原因;其次找到返工工藝，并以此為基礎(chǔ)制定相應(yīng)的糾錯(cuò)途徑;最后再次對(duì)這些工件進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)。③進(jìn)行型式試驗(yàn)。

4 新能源汽車及其底盤總體設(shè)計(jì)思路

新能源汽車，在動(dòng)力能源的使用上和傳統(tǒng)汽車有所不同，傳統(tǒng)汽車基本上使用的是柴油和汽油，而新能源汽車使用的是可再生環(huán)保能源，比如太陽能、天然氣以及液化石油等。我國(guó)的新能源汽車主要為電動(dòng)汽車。根據(jù)電動(dòng)汽車動(dòng)力使用能源的種類不同，可將電動(dòng)汽車分為純電動(dòng)汽車、燃料電動(dòng)汽車以及電池儲(chǔ)能電動(dòng)汽車。

5 新能源汽車底盤設(shè)計(jì)特點(diǎn)

應(yīng)用這種方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，難度上比較小，開發(fā)周期也較短，而且在成本上也更加可控，改制之后依舊沿用的是傳統(tǒng)框架，而且很多配件都得以保留。第一，承載式車身。考慮到改制設(shè)計(jì)是在傳統(tǒng)框架基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，因此也就更多地采用承載式車身。其中，動(dòng)力系統(tǒng)的有關(guān)配件都是進(jìn)行懸置設(shè)計(jì)，而且它們不可以被置于副車架上，這就使得在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)必須要確保精準(zhǔn)無誤，而且要在整體上進(jìn)行精細(xì)化分析?？偟膩碚f，承載式車身的設(shè)計(jì)難度還是比較大的，難以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。第二，非承載式車身。當(dāng)前來說，非承載式設(shè)計(jì)在市場(chǎng)上要更受歡迎，由于其具有成本低，所需投入少等特點(diǎn)得到了更加廣泛的應(yīng)用。

6 焊接應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算結(jié)果及分析

6.1 焊接應(yīng)力場(chǎng)的分

懸架臂和襯套管的焊接應(yīng)力場(chǎng)云圖得出，沿著焊縫方向上的焊接應(yīng)力場(chǎng)，由于襯套管的邊緣施加了約束，并且這個(gè)位置離焊縫比較近，溫度比較高，因此其冷卻收縮過程受到阻礙而產(chǎn)生拉應(yīng)力;在焊縫及近縫區(qū)，由于該位置溫度較高（達(dá)到金屬熔點(diǎn)，本文是1500℃），而周圍金屬相對(duì)較冷，因此焊縫及近縫區(qū)金屬受到周圍冷金屬的阻礙作用而產(chǎn)生拉應(yīng)力，而焊縫兩端受到的阻礙較小，因此拉應(yīng)力較小。同時(shí)，從懸架臂和襯套管的焊接應(yīng)力場(chǎng)云圖得出，沿著垂直于焊縫方向上的焊接應(yīng)力場(chǎng)，在焊縫近縫區(qū)以兩端為壓應(yīng)力、中間為拉應(yīng)力為主，但隨著距焊縫距離的增加，拉應(yīng)力值逐漸降低，而遠(yuǎn)離焊縫的位置為壓應(yīng)力，而在焊縫區(qū)以兩端為拉應(yīng)力、中間為壓應(yīng)力為主。

6.2 實(shí)測(cè)和計(jì)算結(jié)果比較

焊接應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算完畢后，提取與在進(jìn)行測(cè)量焊接殘余應(yīng)力時(shí)所鉆小孔相對(duì)應(yīng)位置的焊接殘余應(yīng)力大小，實(shí)測(cè)和計(jì)算結(jié)果對(duì)比，從圖中可以看出，個(gè)別點(diǎn)的實(shí)測(cè)和計(jì)算結(jié)果有些誤差，但各測(cè)試點(diǎn)的應(yīng)力值所連接成的曲線的趨勢(shì)相吻合，說明了計(jì)算結(jié)果的正確性。

6.3 焊接變形優(yōu)化

影響焊接變形的因素很多，例如焊接工藝參數(shù)的選擇、焊接結(jié)構(gòu)形狀及材料、焊接方法的選擇以及焊接順序及方向等。從經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性方面考慮，首先選擇改變焊縫的焊接順序及焊接方向的方法抑制焊接變形，若改進(jìn)結(jié)果無法滿足要求，再依次選擇改變焊接工藝參數(shù)、焊接件結(jié)構(gòu)形狀及材料和焊接方法等方法優(yōu)化焊接變形。

7 結(jié)束語

對(duì)汽車底盤（后橋和副車架）進(jìn)行了焊接熱過程的測(cè)量試驗(yàn)，得到了沿著焊縫方向和垂直于焊縫方向各測(cè)試點(diǎn)的焊接熱過程曲線;采用小孔法對(duì)懸架臂和襯套管進(jìn)行了焊接殘余應(yīng)力的測(cè)試，得到了個(gè)測(cè)試點(diǎn)的縱向殘余應(yīng)力σx和橫向殘余應(yīng)力σy，為校核焊接溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)的模擬計(jì)算結(jié)果的正確性奠定了基礎(chǔ)。