分析汽车底盘结构件焊缝设计

王宁 冯友亮 许兵

摘 要：对于汽车结构的分析，汽车底盘的重要结构部位是后桥和副车架。对于运用前桥进行驱动的汽车，后桥的作用会比较单一，仅仅是承载的基本的功能。在当前汽车的生产过程中，结构件在整个汽车零件中占有1/4的比例，是非常重要的汽车组件。在对汽车结构件进行焊接之前，首先需要对焊接质量进行有针对性的策划，包括选择焊接设备、评定焊接工艺、确定检测项目等，在完成对这些要素的策划之后，便可以从以下几个方面对焊接质量进行有效控制。

关键词：汽车底盘;结构件;焊逢设计

1 焊缝设计研究思路

确定焊缝承载能力评价指标是汽车底盘焊缝设计研究最重要的部分，是焊缝安全校核的前提条件。

（1）对后桥悬架臂和衬套管进行工艺实验，进行焊接热过程和残余应力的测量，记录焊缝方向的焊接热过程曲线，并采用小孔法获得近缝区纵向横向焊接残余应力，为焊接温度场和残余应力场的正确性提供参考。

（2）对悬架臂和衬套管焊接温度场和残余应力场进行模拟计算，得到实际试验相对应的焊接热过程曲线和焊接残余应力的数值。

（3）对后桥的悬架臂和衬套管进行拉伸破坏实验，得到抗拉伸平均载荷，合成计算悬架臂和衬套管的拉伸载荷和焊接残余应力。

（4）进行焊缝安全校核，和实际的测量结果进行对比。使用计算悬架臂和衬套管焊接温度场和残余应力场时的参数命令，对后桥和副车架计算焊接温度场分布和残余应力场的计算。

（5）进行焊缝计算。不改变结构整体形状的基础上改变了焊缝数量、长度、形式等，完成汽车底盘焊接结构优化。

2 工艺因素

从产品属性角度来看，汽车焊接结构件的属性相对特殊，需要通过对工艺因素的有效控制实现对产品质量的控制。一般情况下，需要从以下三个方面来控制工艺因素：①人员素质。从事焊接工作的相关人员一定要具备良好的技能素质，不仅能够对生产时间进行准确的控制，还要能够确保稳定的产品质量，从而达到控制生产过程中相关工艺因素的目的。②设备稳定性。在对结构件进行焊接的过程中，对电压、气压、水质等条件都有着严格的要求。因此，在焊接时，一定要确保焊接设备的高度稳定，定期检查设备的运行情况。一旦发现问题，需要在第一时间对设备进行维护，避免因设备问题而导致产品质量下降。③参数符合性。工艺参数的准确是确保焊接质量的关键。

3 实物质量

在对实物质量进行控制的过程中，需要注意以下三个方面：①首、中、末件检验。对于汽车焊接结构件来说，整个加工过程便是确保产品质量的过程，结构件加工一旦完成，那么产品的质量也就无法改变，因此，对加工首件的质量进行严格检验，是确保接下来产品质量的关键。首先，焊接人员需要在生产前对设备运行情况进行严格检查，确保设备能够正常生产;其次，在完成首、中、末件架构之后，相关人员还需要以检验规范为基础对产品物流卡进行严格检查，以确保生产材料与生产要求相符;再次，通过检测设备对产品尺寸进行检验，确保产品尺寸符合标准;最后，以缺陷标样为基础对焊缝进行缺陷检查，并将检查结果填入“三检”检验卡中。②返工件质量。虽然在对汽车结构件进行焊接的过程中有着严格的检验标准与工艺控制，但一些不合格产品仍然不可避免，这也是实物质量管理过程中的难点。想要控制这些返工件，首先必须有针对性地评审这些不合格产品，明确其不合格原因;其次找到返工工艺，并以此为基础制定相应的纠错途径;最后再次对这些工件进行严格检验。③进行型式试验。

4 新能源汽车及其底盘总体设计思路

新能源汽车，在动力能源的使用上和传统汽车有所不同，传统汽车基本上使用的是柴油和汽油，而新能源汽车使用的是可再生环保能源，比如太阳能、天然气以及液化石油等。我国的新能源汽车主要为电动汽车。根据电动汽车动力使用能源的种类不同，可将电动汽车分为纯电动汽车、燃料电动汽车以及电池储能电动汽车。

5 新能源汽车底盘设计特点

应用这种方案进行设计，难度上比较小，开发周期也较短，而且在成本上也更加可控，改制之后依舊沿用的是传统框架，而且很多配件都得以保留。第一，承载式车身。考虑到改制设计是在传统框架基础上实现的，因此也就更多地采用承载式车身。其中，动力系统的有关配件都是进行悬置设计，而且它们不可以被置于副车架上，这就使得在进行设计时必须要确保精准无误，而且要在整体上进行精细化分析。总的来说，承载式车身的设计难度还是比较大的，难以实现量产。第二，非承载式车身。当前来说，非承载式设计在市场上要更受欢迎，由于其具有成本低，所需投入少等特点得到了更加广泛的应用。

6 焊接应力场计算结果及分析

6.1 焊接应力场的分

悬架臂和衬套管的焊接应力场云图得出，沿着焊缝方向上的焊接应力场，由于衬套管的边缘施加了约束，并且这个位置离焊缝比较近，温度比较高，因此其冷却收缩过程受到阻碍而产生拉应力;在焊缝及近缝区，由于该位置温度较高（达到金属熔点，本文是1500℃），而周围金属相对较冷，因此焊缝及近缝区金属受到周围冷金属的阻碍作用而产生拉应力，而焊缝两端受到的阻碍较小，因此拉应力较小。同时，从悬架臂和衬套管的焊接应力场云图得出，沿着垂直于焊缝方向上的焊接应力场，在焊缝近缝区以两端为压应力、中间为拉应力为主，但随着距焊缝距离的增加，拉应力值逐渐降低，而远离焊缝的位置为压应力，而在焊缝区以两端为拉应力、中间为压应力为主。

6.2 实测和计算结果比较

焊接应力场计算完毕后，提取与在进行测量焊接残余应力时所钻小孔相对应位置的焊接残余应力大小，实测和计算结果对比，从图中可以看出，个别点的实测和计算结果有些误差，但各测试点的应力值所连接成的曲线的趋势相吻合，说明了计算结果的正确性。

6.3 焊接变形优化

影响焊接变形的因素很多，例如焊接工艺参数的选择、焊接结构形状及材料、焊接方法的选择以及焊接顺序及方向等。从经济性和实用性方面考虑，首先选择改变焊缝的焊接顺序及焊接方向的方法抑制焊接变形，若改进结果无法满足要求，再依次选择改变焊接工艺参数、焊接件结构形状及材料和焊接方法等方法优化焊接变形。

7 结束语

对汽车底盘（后桥和副车架）进行了焊接热过程的测量试验，得到了沿着焊缝方向和垂直于焊缝方向各测试点的焊接热过程曲线;采用小孔法对悬架臂和衬套管进行了焊接残余应力的测试，得到了个测试点的纵向残余应力σx和横向残余应力σy，为校核焊接温度场、应力场的模拟计算结果的正确性奠定了基础。