某车型后扭转梁开裂问题分析

2018-09-06邹有坤

汽车零部件 2018年8期

关键词：样件台架断口

邹有坤

(众泰汽车工程研究院，浙江杭州 310000)

0 引言

对某车型扭转梁稳定杆开裂进行整改验证，1月14日1号样件试验进行25.5万次，扭转梁本体与左纵臂上焊道开裂，1月16日2号样件试验进行10万次，扭梁本体与右纵臂上焊道开裂。台架耐久试验再次失效，有项目工程调试-设计验证阶段延期风险。

1 失效问题分析

某在研车型设计验证阶段，后扭转梁总成台架试验进行至25.5万次，扭转梁本体与纵臂搭接处左上侧出现长度约80 mm裂纹[如图1(a)所示]；最后进行第二件后扭转梁总成台架试验，试验进行至10万次时，扭转梁本体与纵臂搭接处右上侧焊道再次出现长度约15 mm裂纹[如图1(b)所示]。

图1 后扭转梁台架试验失效

因研发周期紧，需迅速判断样件失效模式并制定相应整改对策。通过失效样件断口宏微观形貌观察、金相组织、硬度、化学成分分析试验及CAE分析等方面进行分析[1-2]。

1.1 宏观断口分析

采用高像素数码相机和QUANTA 450扫描电镜对样件的断口进行宏观和微观分析，扭转梁本体材料为QSTE420。

如图2所示：1号样件开裂部分断口分成源区附近区域1和扩展区域2两部分，失效件断裂起始于焊缝外表面边缘，沿焊道由表面向内部扩展；起裂位置宏观发现有崩落掉块现象，能谱扫描源区表面检出O、Ca、K、Ti等焊渣成分。如图3所示：2号样件开裂部分断口分区域A和区域B两部分，失效件断裂起始于焊缝外表面边缘，垂直于焊道由表面向内部扩展；能谱扫描源区表面检出O、Si、Ti、M等焊渣成分。

图2 1号样件断口照片源区图示

图3 2号样件断口照片源区图示

1.2 微观断口分析

将断口经超声波清洗后放入扫描电镜，在电镜下对两个失效件开裂端面进行微观形貌观察。如图4所示：1号断面区域1和区域2高倍形貌特征为疲劳开裂特征。

图4 1号样件开裂面各区域微观形貌

如图5所示：2号样件源区附近检出多处气孔、焊渣及裂纹缺陷，开裂面区域A和区域B微观形貌亦呈典型疲劳特征。

图5 2号样件开裂面各区域微观形貌

1.3 金相分析

从两例失效件断裂源区截取试样，制成金相试样在显微镜下观察。如图6所示：1号样件源区附近检出沿晶开裂裂纹特征，高倍下源区显微组织为过热魏氏组织+上贝氏体+珠光体+少量铁素体组织，热影响细晶区和母材组织为铁素体+少量珠光体。如图7所示：2号样件源区附近检出明显虚焊、沿晶开裂裂纹、焊渣、气孔等缺陷，高倍下源区显微组织为过热魏氏组织+上贝氏体+珠光体+少量铁素体组织，热影响细晶区和母材组织为铁素体+少量珠光体。

图6 1号样件金相组织照片

图7 2号样件金相组织照片

1.4 硬度检测

对两个失效样件焊接断裂位置不同区域分别进行硬度检测，检测结果如表1所示。

表1 硬度检验结果

焊接位置硬度分布不均匀，源区(焊缝位置)硬度检测结果较热影响细晶区和母材略高。

2 分析和讨论

由断口分析得知：两例失效样件均发生了疲劳开裂，1号失效件断裂源区检出明显焊渣缺陷，裂纹从焊渣缺陷处萌生；焊接位置应力大，在交变载荷条件下，裂纹最终沿焊道发生疲劳开裂；2号失效件断裂源区检出多处气孔、虚焊、焊渣等缺陷，并且存在垂直于融合线的焊接应力裂纹；裂纹在焊接缺陷处萌生，焊接位置应力大，在交变载荷条件下，裂纹最终垂直于焊道发生疲劳开裂；焊接位置组织和硬度不均匀，导致样件在焊接处内部应力分布不均匀，加速了裂纹扩展速度。

3 改进优化

综合考虑顾客特殊要求：满载后轴荷为8 800 N，车轮滚动半径为301 mm，后螺旋簧刚度为32.6 N/mm，轮胎刚度为201 N/mm；在原有零部件材料(后扭转梁本体、后纵臂、四脚形支架材料为QSTE420TM，屈服极限为420 MPa，抗拉极限为620 MPa；稳定杆支架材料为QSTE550TM，屈服极限为550 MPa，抗拉极限为760 MPa；螺旋簧支座、减震器支架材料为SAPH440，屈服极限为305 MPa，抗拉极限为440 MPa；后轮毂支架材料为35钢，屈服极限为315 MPa，抗拉极限为530 MPa)不变的前提下，对失效位置进行焊道延长10 mm处理，完成分析数模，借助于ABAQUS软件完成分析对比[3]，具体结果如表2所示。