某新能源车型后扭力梁开裂失效分析及解决方案

易文雄 徐沛瑶

摘 要：针对某新开发能源车型在模拟道路耐久（24通道）台架中出现后扭力梁开裂失效问题，基于后扭力梁CAE分析及材料分析等确认后扭梁失效原因，通过焊缝优化措施而进行台架试验验证，同时达到焊缝质量最优产品。

关键词：后扭力梁;24通道;失效;焊缝

在全球大力发展新能源汽车的行驶下，中国各主机厂都在国内政策推动下发展新能源汽车。后扭力梁是汽车悬架类型的一种，对整车行驶过程有着苛刻要求。后扭力梁主要由横梁、纵臂、车轮支架、弹簧盘、减震器支架、法兰板、套管、线束支架等组成。由于后扭力梁结构简单、占用整车空间小、制造成本低等优点，不仅在传统燃油车上也在新能源车型上广泛运用。

本文以某新能源车型开发过程中，后扭力梁在模拟道路耐久24通道台架试验中出现的横梁本体开裂展开分析，并在后续试制及量产中将此问题消除。

1 失效背景

后扭力梁新产品开发中，需通过各项台架试验、路试指标才能完成OTS认可。其中24通道试验是道路模拟试验台架中的一种类型，能够观测对四个车轮六个自由度方向的受力和扭矩情况。本文所述在整车24通道试验中，实际寿命达到试验要求的77%寿命时，纵臂与车轮支架焊缝开裂，疲劳裂纹扩展至纵臂与横梁焊缝。面对此失效问题需展开原因分析，进而采取相关措施，在下轮试验验证中通过，保证此车型项目节点。

2 检验结果

2.1 宏观检验

失效件返回原生产公司，图1为主机厂进行24通道试验失效送检的后扭力梁左侧。图2为图1后扭力梁开裂处宏观图像，并体现出裂纹处结构图像。从图2结构图像可看出车轮支架与纵臂焊接在一起，横梁与纵臂、弹簧盘焊接在一起。开裂位置在车轮支架与纵臂焊缝处，并延伸至纵臂与横梁处焊缝。

2.2 材料分析

在原材料选用上：横梁原材料屈服强度≥780Mpa;纵臂原材料屈服强度≥420 Mpa;车轮支架原材料屈服强度≥460 Mpa。结合前期开发设计CAE分析报告，此失效应力远小于原材料屈服强度，在原材料选用上排除设计风险。

2.3 断口分析

材料经过塑性变形后发生断裂，这是金属的韧性断裂表现，可分析其金属微观机理。[1]将断裂口通过体现显微镜观察，见图3，裂纹是由车轮支架与纵臂焊缝起弧段发生开裂，裂纹源位于焊缝里侧，焊缝本体发生开裂，并沿焊缝两侧扩展。

2.4 焊缝熔深检测

通过对失效焊缝处进行剖切，见图4，从焊缝背面照片可以看出，有大量的焊液穿透纵臂材料，发生焊穿的现象。初步说明车轮支架与纵臂匹配间隙较大。参照此主机厂企业标准，焊接要求焊缝不允许出现焊穿现象。

3 失效原因分析

通过以上分析，可判断失效件开裂原因主要是焊缝质量不合格。此焊缝由焊穿引发的焊缝质量不合格会导致局部应力变化、焊接结合力改变，存在导致早期失效的风险。需加强焊缝质量，避免焊穿等焊接缺陷。焊接工艺要求使用为直径1.2mm焊丝，出现焊穿情况，表明此焊缝失效处匹配间隙大于1.2mm。此取决于管梁及冲压散件边线及型面是否合格，如散件尺寸不符合要求，则会导致焊缝质量不稳定。

4 整改措施

优化陪陪间隙，通过对车轮支架、纵臂、横梁的边线及型面合格率提升，关键匹配面和匹配线需100%合格，达到焊接匹配间隙≤1.2mm要求，从而降低产品的补焊率。冲压散件来料，确认其来料报告合格，加强来料质量管理。生产严格根据工艺文件进行生产、检验。并做好自检、互检两次焊缝外观100%检查，出货前严格执行GP12外观检查。优化并固定焊接参数，起弧、收弧点及焊枪轨迹，防止焊缝熔核偏移。下一轮焊接时重点关注此区域间隙情况，检查其熔深、焊缝外观、咬边是否合格;进行台架试验进行验证，看看是否能复现此失效模式。

5 試验验证

控制散件尺寸，根据工艺文件焊接出焊缝合格、总成尺寸合格的后扭梁，按流程供货至主机厂装车继续进行模拟道路耐久（24通道）台架试验。进行的台架试验中验证此问题，按试验标准完成验证，无焊缝开裂、板材开裂等问题出现。在生产现场随机抽取2套后扭力梁成品，在内部试验室分别做垂直扭转疲劳试验和纵向力耐久试验>20万次停止，无焊缝开裂、板材开裂等问题出现。

6 结论

失效件纵臂与车轮支架焊缝开裂，疲劳裂纹扩展至纵臂与横梁焊缝，是焊缝质量不合格导致。在此车型后扭力梁失效问题上，得出此类产品开发过程中需各方面考虑，包括设计和制造。在前期设计阶段需充分对原材料选用分析、应力优化等来保证后期生产制造问题非设计问题。产品制造中，需对各个零部件质量层层把关，保证下级零件合格入库，并对生产过程严格按工艺文件及相关流程控制。

参考文献：

[1]黄见科，董湘怀.金属韧性断裂准则的数值模拟和试验研究[J].材料科学与工艺，2010，18（4）：450-454.