王寧 馮友亮 許兵

摘 要：對于汽車結(jié)構(gòu)的分析，汽車底盤的重要結(jié)構(gòu)部位是后橋和副車架。對于運用前橋進行驅(qū)動的汽車，后橋的作用會比較單一，僅僅是承載的基本的功能。在當前汽車的生產(chǎn)過程中，結(jié)構(gòu)件在整個汽車零件中占有1/4的比例，是非常重要的汽車組件。在對汽車結(jié)構(gòu)件進行焊接之前，首先需要對焊接質(zhì)量進行有針對性的策劃，包括選擇焊接設(shè)備、評定焊接工藝、確定檢測項目等，在完成對這些要素的策劃之后，便可以從以下幾個方面對焊接質(zhì)量進行有效控制。

關(guān)鍵詞：汽車底盤;結(jié)構(gòu)件;焊逢設(shè)計

1 焊縫設(shè)計研究思路

確定焊縫承載能力評價指標是汽車底盤焊縫設(shè)計研究最重要的部分，是焊縫安全校核的前提條件。

（1）對后橋懸架臂和襯套管進行工藝實驗，進行焊接熱過程和殘余應(yīng)力的測量，記錄焊縫方向的焊接熱過程曲線，并采用小孔法獲得近縫區(qū)縱向橫向焊接殘余應(yīng)力，為焊接溫度場和殘余應(yīng)力場的正確性提供參考。

（2）對懸架臂和襯套管焊接溫度場和殘余應(yīng)力場進行模擬計算，得到實際試驗相對應(yīng)的焊接熱過程曲線和焊接殘余應(yīng)力的數(shù)值。

（3）對后橋的懸架臂和襯套管進行拉伸破壞實驗，得到抗拉伸平均載荷，合成計算懸架臂和襯套管的拉伸載荷和焊接殘余應(yīng)力。

（4）進行焊縫安全校核，和實際的測量結(jié)果進行對比。使用計算懸架臂和襯套管焊接溫度場和殘余應(yīng)力場時的參數(shù)命令，對后橋和副車架計算焊接溫度場分布和殘余應(yīng)力場的計算。

（5）進行焊縫計算。不改變結(jié)構(gòu)整體形狀的基礎(chǔ)上改變了焊縫數(shù)量、長度、形式等，完成汽車底盤焊接結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

2 工藝因素

從產(chǎn)品屬性角度來看，汽車焊接結(jié)構(gòu)件的屬性相對特殊，需要通過對工藝因素的有效控制實現(xiàn)對產(chǎn)品質(zhì)量的控制。一般情況下，需要從以下三個方面來控制工藝因素：①人員素質(zhì)。從事焊接工作的相關(guān)人員一定要具備良好的技能素質(zhì)，不僅能夠?qū)ιa(chǎn)時間進行準確的控制，還要能夠確保穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量，從而達到控制生產(chǎn)過程中相關(guān)工藝因素的目的。②設(shè)備穩(wěn)定性。在對結(jié)構(gòu)件進行焊接的過程中，對電壓、氣壓、水質(zhì)等條件都有著嚴格的要求。因此，在焊接時，一定要確保焊接設(shè)備的高度穩(wěn)定，定期檢查設(shè)備的運行情況。一旦發(fā)現(xiàn)問題，需要在第一時間對設(shè)備進行維護，避免因設(shè)備問題而導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降。③參數(shù)符合性。工藝參數(shù)的準確是確保焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。

3 實物質(zhì)量

在對實物質(zhì)量進行控制的過程中，需要注意以下三個方面：①首、中、末件檢驗。對于汽車焊接結(jié)構(gòu)件來說，整個加工過程便是確保產(chǎn)品質(zhì)量的過程，結(jié)構(gòu)件加工一旦完成，那么產(chǎn)品的質(zhì)量也就無法改變，因此，對加工首件的質(zhì)量進行嚴格檢驗，是確保接下來產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。首先，焊接人員需要在生產(chǎn)前對設(shè)備運行情況進行嚴格檢查，確保設(shè)備能夠正常生產(chǎn);其次，在完成首、中、末件架構(gòu)之后，相關(guān)人員還需要以檢驗規(guī)范為基礎(chǔ)對產(chǎn)品物流卡進行嚴格檢查，以確保生產(chǎn)材料與生產(chǎn)要求相符;再次，通過檢測設(shè)備對產(chǎn)品尺寸進行檢驗，確保產(chǎn)品尺寸符合標準;最后，以缺陷標樣為基礎(chǔ)對焊縫進行缺陷檢查，并將檢查結(jié)果填入“三檢”檢驗卡中。②返工件質(zhì)量。雖然在對汽車結(jié)構(gòu)件進行焊接的過程中有著嚴格的檢驗標準與工藝控制，但一些不合格產(chǎn)品仍然不可避免，這也是實物質(zhì)量管理過程中的難點。想要控制這些返工件，首先必須有針對性地評審這些不合格產(chǎn)品，明確其不合格原因;其次找到返工工藝，并以此為基礎(chǔ)制定相應(yīng)的糾錯途徑;最后再次對這些工件進行嚴格檢驗。③進行型式試驗。

4 新能源汽車及其底盤總體設(shè)計思路

新能源汽車，在動力能源的使用上和傳統(tǒng)汽車有所不同，傳統(tǒng)汽車基本上使用的是柴油和汽油，而新能源汽車使用的是可再生環(huán)保能源，比如太陽能、天然氣以及液化石油等。我國的新能源汽車主要為電動汽車。根據(jù)電動汽車動力使用能源的種類不同，可將電動汽車分為純電動汽車、燃料電動汽車以及電池儲能電動汽車。

5 新能源汽車底盤設(shè)計特點

應(yīng)用這種方案進行設(shè)計，難度上比較小，開發(fā)周期也較短，而且在成本上也更加可控，改制之后依舊沿用的是傳統(tǒng)框架，而且很多配件都得以保留。第一，承載式車身。考慮到改制設(shè)計是在傳統(tǒng)框架基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，因此也就更多地采用承載式車身。其中，動力系統(tǒng)的有關(guān)配件都是進行懸置設(shè)計，而且它們不可以被置于副車架上，這就使得在進行設(shè)計時必須要確保精準無誤，而且要在整體上進行精細化分析。總的來說，承載式車身的設(shè)計難度還是比較大的，難以實現(xiàn)量產(chǎn)。第二，非承載式車身。當前來說，非承載式設(shè)計在市場上要更受歡迎，由于其具有成本低，所需投入少等特點得到了更加廣泛的應(yīng)用。

6 焊接應(yīng)力場計算結(jié)果及分析

6.1 焊接應(yīng)力場的分

懸架臂和襯套管的焊接應(yīng)力場云圖得出，沿著焊縫方向上的焊接應(yīng)力場，由于襯套管的邊緣施加了約束，并且這個位置離焊縫比較近，溫度比較高，因此其冷卻收縮過程受到阻礙而產(chǎn)生拉應(yīng)力;在焊縫及近縫區(qū)，由于該位置溫度較高（達到金屬熔點，本文是1500℃），而周圍金屬相對較冷，因此焊縫及近縫區(qū)金屬受到周圍冷金屬的阻礙作用而產(chǎn)生拉應(yīng)力，而焊縫兩端受到的阻礙較小，因此拉應(yīng)力較小。同時，從懸架臂和襯套管的焊接應(yīng)力場云圖得出，沿著垂直于焊縫方向上的焊接應(yīng)力場，在焊縫近縫區(qū)以兩端為壓應(yīng)力、中間為拉應(yīng)力為主，但隨著距焊縫距離的增加，拉應(yīng)力值逐漸降低，而遠離焊縫的位置為壓應(yīng)力，而在焊縫區(qū)以兩端為拉應(yīng)力、中間為壓應(yīng)力為主。

6.2 實測和計算結(jié)果比較

焊接應(yīng)力場計算完畢后，提取與在進行測量焊接殘余應(yīng)力時所鉆小孔相對應(yīng)位置的焊接殘余應(yīng)力大小，實測和計算結(jié)果對比，從圖中可以看出，個別點的實測和計算結(jié)果有些誤差，但各測試點的應(yīng)力值所連接成的曲線的趨勢相吻合，說明了計算結(jié)果的正確性。

6.3 焊接變形優(yōu)化

影響焊接變形的因素很多，例如焊接工藝參數(shù)的選擇、焊接結(jié)構(gòu)形狀及材料、焊接方法的選擇以及焊接順序及方向等。從經(jīng)濟性和實用性方面考慮，首先選擇改變焊縫的焊接順序及焊接方向的方法抑制焊接變形，若改進結(jié)果無法滿足要求，再依次選擇改變焊接工藝參數(shù)、焊接件結(jié)構(gòu)形狀及材料和焊接方法等方法優(yōu)化焊接變形。

7 結(jié)束語

對汽車底盤（后橋和副車架）進行了焊接熱過程的測量試驗，得到了沿著焊縫方向和垂直于焊縫方向各測試點的焊接熱過程曲線;采用小孔法對懸架臂和襯套管進行了焊接殘余應(yīng)力的測試，得到了個測試點的縱向殘余應(yīng)力σx和橫向殘余應(yīng)力σy，為校核焊接溫度場、應(yīng)力場的模擬計算結(jié)果的正確性奠定了基礎(chǔ)。