汽车后桥壳开裂的分析与改进

何清　柴龙　刘朋朋

【摘要】针对某汽车在丘陵地带矿区路上行驶过程中出现故后桥壳一侧弹簧座附近、近似垂直于轴向短焊缝末端开裂现象，通过桥壳断口形貌进行了宏微观观察，对桥壳基体进行了组织检查，确定了桥壳的开裂性质，分析了开裂的可能原因并提出改进方向。

【关键词】后桥壳；分析；开裂性质；改进

随着汽车底盘技术日新月异的发展，汽车用高强度金属板材的应用与研究已经逐步引起了汽车制造厂商的重视，关于汽车桥壳强度的分析，有必要得到更深层次研究和开发。

1.概述

某汽车在丘陵地带矿区路上行驶过程中出现故障，停车分解检查，发现后桥壳一侧弹簧座附近、近似垂直于轴向短焊缝末端开裂。截止至发现后桥壳开裂时，汽车累计行驶路程为27662km。故障发现前司机没有发现行车异常情况。该桥壳为冲焊结构，首先经弯曲对接，然后用CO2气体保护焊焊接成型。桥壳材料为A510L钢。

2.试验过程与结果

2.1外观检查

板桥外观及开裂位置均在桥壳的背面，位于弹簧座附近，与车辆的前进方向相反，沿桥壳周向分布；开裂区域未见异常损伤。

2.2断口宏观观察

断口的整体形貌显示断口表面较为平整，有少量的塑性变形。断口上可观察到较为明显的疲劳源区和疲劳弧线，裂纹扩展方向为沿桥壳周向，瞬断区出现了严重的磨损。源区起源于焊缝区外表面一侧。为进一步对断口进行观察，将断口放于体视显微镜下进行观察。桥壳断口的宏观形貌分别见图1。由图1可以看出，桥壳的源区起源于焊缝外表面一侧，为点源特征。源区被少量油污覆盖，但仍能观察到明显的疲劳弧线，弧线大小间距不等。疲劳扩展区所占面积较小，而在整个断口上瞬断区所占面积较大，瞬断区大部分区域都因磨损而呈现光亮。

2.3断口微观观察

将断口经超声波清洗后放入扫描电镜下观察。桥壳断口低倍形貌见图2a，源区的局部放大图见图2b。从图中可以观察到明显的疲劳弧线。源区旁边是焊缝区，该区域存在较为严重的磨损，应为桥壳开裂后形成，见图2c。疲劳弧线附近的高倍形貌见图2d，该区域为疲劳条带扩展前期，从图中可以看到少量短小的疲劳条带。可见，瞬断区也主要以韧窝和准解理特征为主，并伴有磨损特征。

2.4金相组织观察

分别沿平行和垂直于断口的方向即沿桥壳的横向和纵向，制取桥壳基体的金相试样，进行组织形貌观察。由桥壳基体横向和纵向基体的金相组织可见主要为铁素体和颗粒状物，均存在带状颗粒物偏析。

3.分析

以上试验表明，桥壳开裂断口表面可见明显的疲劳弧线、疲劳条带特征，可见发生了疲劳开裂。断口观察表明，桥壳开裂断口呈疲劳开裂特征，间距大小不等的疲劳弧线形貌则表明开裂过程中经历了受力大小不等的多个阶段。桥壳断口裂纹源均位于桥壳表面，为点源特征。裂纹源附近均未见气孔、夹杂和加工缺陷等特征。金相组织分析表明，桥壳基体组织中含有带状颗粒物偏析，但偏析程度较弱，对桥壳疲劳性能影响较小。桥壳开裂应该是由于承受较大应力较大引起。后桥壳的功能是支承汽车重量，工作过程中的受力特征非常复杂，除了受弯矩的作用还有扭矩的作用，并承受由车轮传来的路面冲击载荷作用。桥壳的疲劳寿命不仅随冲击载荷的应力幅和应力循环次数增大而减小，同时与所承受的应力平均值的大小密切相关。综上所述，桥壳工作过程受到较大应力作用，在易于萌生裂纹、工作应力较大的焊缝区域萌生裂纹。裂纹萌生后在疲劳载荷的作用下逐渐扩展，最终导致桥壳开裂。

4.结论及建议

1.桥壳的开裂性质为疲劳开裂，在焊缝区域萌生裂纹，因此为提升焊缝区质量将CO2气体保护焊改为混合气体保护焊（Ar、CO2），并对焊接参数进行调整，从而保证焊缝质量；

2.桥壳疲劳开裂主要由工作过程中受到较大应力作用引起，为增加桥壳的承载能力可以考虑增加桥壳轴管直径或增加垫板长度。

参考文献

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