何清　柴龍　劉朋朋

【摘要】針對某汽車在丘陵地帶礦區(qū)路上行駛過程中出現(xiàn)故后橋殼一側(cè)彈簧座附近、近似垂直于軸向短焊縫末端開裂現(xiàn)象，通過橋殼斷口形貌進(jìn)行了宏微觀觀察，對橋殼基體進(jìn)行了組織檢查，確定了橋殼的開裂性質(zhì)，分析了開裂的可能原因并提出改進(jìn)方向。

【關(guān)鍵詞】后橋殼；分析；開裂性質(zhì)；改進(jìn)

隨著汽車底盤技術(shù)日新月異的發(fā)展，汽車用高強(qiáng)度金屬板材的應(yīng)用與研究已經(jīng)逐步引起了汽車制造廠商的重視，關(guān)于汽車橋殼強(qiáng)度的分析，有必要得到更深層次研究和開發(fā)。

1.概述

某汽車在丘陵地帶礦區(qū)路上行駛過程中出現(xiàn)故障，停車分解檢查，發(fā)現(xiàn)后橋殼一側(cè)彈簧座附近、近似垂直于軸向短焊縫末端開裂。截止至發(fā)現(xiàn)后橋殼開裂時，汽車?yán)塾嬓旭偮烦虨?7662km。故障發(fā)現(xiàn)前司機(jī)沒有發(fā)現(xiàn)行車異常情況。該橋殼為沖焊結(jié)構(gòu)，首先經(jīng)彎曲對接，然后用CO2氣體保護(hù)焊焊接成型。橋殼材料為A510L鋼。

2.試驗過程與結(jié)果

2.1外觀檢查

板橋外觀及開裂位置均在橋殼的背面，位于彈簧座附近，與車輛的前進(jìn)方向相反，沿橋殼周向分布；開裂區(qū)域未見異常損傷。

2.2斷口宏觀觀察

斷口的整體形貌顯示斷口表面較為平整，有少量的塑性變形。斷口上可觀察到較為明顯的疲勞源區(qū)和疲勞弧線，裂紋擴(kuò)展方向為沿橋殼周向，瞬斷區(qū)出現(xiàn)了嚴(yán)重的磨損。源區(qū)起源于焊縫區(qū)外表面一側(cè)。為進(jìn)一步對斷口進(jìn)行觀察，將斷口放于體視顯微鏡下進(jìn)行觀察。橋殼斷口的宏觀形貌分別見圖1。由圖1可以看出，橋殼的源區(qū)起源于焊縫外表面一側(cè)，為點源特征。源區(qū)被少量油污覆蓋，但仍能觀察到明顯的疲勞弧線，弧線大小間距不等。疲勞擴(kuò)展區(qū)所占面積較小，而在整個斷口上瞬斷區(qū)所占面積較大，瞬斷區(qū)大部分區(qū)域都因磨損而呈現(xiàn)光亮。

2.3斷口微觀觀察

將斷口經(jīng)超聲波清洗后放入掃描電鏡下觀察。橋殼斷口低倍形貌見圖2a，源區(qū)的局部放大圖見圖2b。從圖中可以觀察到明顯的疲勞弧線。源區(qū)旁邊是焊縫區(qū)，該區(qū)域存在較為嚴(yán)重的磨損，應(yīng)為橋殼開裂后形成，見圖2c。疲勞弧線附近的高倍形貌見圖2d，該區(qū)域為疲勞條帶擴(kuò)展前期，從圖中可以看到少量短小的疲勞條帶?？梢?，瞬斷區(qū)也主要以韌窩和準(zhǔn)解理特征為主，并伴有磨損特征。

2.4金相組織觀察

分別沿平行和垂直于斷口的方向即沿橋殼的橫向和縱向，制取橋殼基體的金相試樣，進(jìn)行組織形貌觀察。由橋殼基體橫向和縱向基體的金相組織可見主要為鐵素體和顆粒狀物，均存在帶狀顆粒物偏析。

3.分析

以上試驗表明，橋殼開裂斷口表面可見明顯的疲勞弧線、疲勞條帶特征，可見發(fā)生了疲勞開裂。斷口觀察表明，橋殼開裂斷口呈疲勞開裂特征，間距大小不等的疲勞弧線形貌則表明開裂過程中經(jīng)歷了受力大小不等的多個階段。橋殼斷口裂紋源均位于橋殼表面，為點源特征。裂紋源附近均未見氣孔、夾雜和加工缺陷等特征。金相組織分析表明，橋殼基體組織中含有帶狀顆粒物偏析，但偏析程度較弱，對橋殼疲勞性能影響較小。橋殼開裂應(yīng)該是由于承受較大應(yīng)力較大引起。后橋殼的功能是支承汽車重量，工作過程中的受力特征非常復(fù)雜，除了受彎矩的作用還有扭矩的作用，并承受由車輪傳來的路面沖擊載荷作用。橋殼的疲勞壽命不僅隨沖擊載荷的應(yīng)力幅和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)增大而減小，同時與所承受的應(yīng)力平均值的大小密切相關(guān)。綜上所述，橋殼工作過程受到較大應(yīng)力作用，在易于萌生裂紋、工作應(yīng)力較大的焊縫區(qū)域萌生裂紋。裂紋萌生后在疲勞載荷的作用下逐漸擴(kuò)展，最終導(dǎo)致橋殼開裂。

4.結(jié)論及建議

1.橋殼的開裂性質(zhì)為疲勞開裂，在焊縫區(qū)域萌生裂紋，因此為提升焊縫區(qū)質(zhì)量將CO2氣體保護(hù)焊改為混合氣體保護(hù)焊（Ar、CO2），并對焊接參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而保證焊縫質(zhì)量；

2.橋殼疲勞開裂主要由工作過程中受到較大應(yīng)力作用引起，為增加橋殼的承載能力可以考慮增加橋殼軸管直徑或增加墊板長度。

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