汽车车架焊接工艺分析

摘 要：介绍汽车车架结构形式及分类，研究车架常用生产工艺形式，为实际生产过程中车架生产工艺的选择提供参考。分析车架焊接工艺及流程，为车架焊接工艺的进一步优化奠定了基础。

关键词：车架；焊接；工艺流程

车架设计作为新车型设计开发过程中的一项重要工作，已越来越受重视。车架是整个汽车的基体，汽车上绝大多数部件和总成都是通过车架来固定其位置的。车架的功能是支撑连接汽车的各个零部件，并承受来自车内外的各种载荷。因此，车架的焊接性直接影响零部件的装配性、整车的耐久性能及碰撞性能等。随着汽车工业技术的进步以及市场竞争愈加激烈，为缩减产品开发周期以及制造成本，对车型的平台化要求越来越高，需要更多的考虑工艺流程一致性设计[1]。

1 车架结构形式

车架组成部分为前副车架和后副车架。

前副车架的结构形式一般可分为整体开放式结构和框架式封闭结构两大类。整体开放式结构如图1所示，焊接件为大板型结构，多为冲压板件合成焊接，承载和传递主要负荷，其组成中有带稳定杆的连接支架、摆臂安装支架、转向器安装支架、差速器支架等结构件，完成前副车架功能性作用，安装时四周辅以衬套管或衬套管支架与车身装配连接。典型框架式封闭结构如图2所示，在前副车架主体上增加前横梁、纵梁，以增加防撞吸能的功能，功能更强，广泛用于SUV的车型上，实际上是第一类前副车架的一种变型。

后副车架常见结构形式为框架式封闭结构和扭力梁结构，分别如图3、4所示。

2 车架工艺可行性分析

目前国内生产车架的工艺方法为铆接和焊接两种方式。大中型载重汽车的车架多采用铆接结构，而乘用车、皮卡、轻型货车的车架多采用焊接结构。焊接结构也有两种，一种是冲压焊接结构，另外一种是矩形管焊接车架。目前皮卡车和定位于越野功能的SUV车型的车架多采用冲压焊接结构，对于钢制车架焊接方法为CO2气体保护焊，对于铝制车架常采用CMT技术[2]。

2.1 焊接可行性分析

焊接可行性分析是前/后副车架焊接工艺分析的主要内容，对副车架的焊接性分析最终应达到焊接操作最方便、焊接成本最低、焊接质量最优、焊接效率最高的目的。在进行焊接性分析时需遵循以下几点要求：

2.1.1 保证焊接可达性，焊接时焊枪与钣金件不允许存在干涉，一般预留5mm以上的安全距离。图5中a）为焊枪与钣金干涉，经过调整零件切边长度及过渡圆角半径，图5中b）为焊枪与钣金不干涉的情况。

2.1.2 在焊接过程中不可避免会出现烧边现象，为保证焊接质量，焊道与钣金边线搭接宽度一般为6mm，如图6所示。

2.1.3 为保证焊接强度，焊接最薄板料厚不得小于0.8mm，焊接层数不得多于3层。

2.1.4 焊接面应为平面，尽量避免将焊缝布置在弧面上。

2.1.5 凸焊螺母底孔直径要求比螺母公称直径大1mm，凸焊螺栓底孔直径要求比螺栓公称直径大0.5mm。

2.1.6 起弧、收弧应预留10mm焊接空间。

2.2 装配可行性分析

装配可行性分析是副车架焊接工艺分析的重要内容，分析的目的是实现零部件的装配简单、快捷，不费时不费力，不与其他钣金件存在干涉等，一般遵循以下几点要求：

2.2.1 产品分块与现有车型一致或者类似；

2.2.2 产品装配顺序与现有车型一致或者类似；

2.2.3 零部件装配后确认R角处是否存在干涉，一般预留2mm以上间隙，如图7所示。

3 车架焊接工艺流程

汽車车架焊接位置较多，焊缝的焊接质量直接关系到整个车架的刚度和强度，对后续工序的配装精度和外观也有着很大的影响。与此同时，较多的焊缝更易引起焊接变形，常用控制车架焊接变形的方法有两种。第一，反变形法对车架焊接变形进行质量控制，在焊接开始前计算焊接结构变形的方向和大小，之后在零件上预制出一定量的反变形，或者通过设置相反的变形以抵消焊接变形，这是车架生产中比较常见的一种控制变形的方法，也是保持设计要求焊后结构的一种工艺方法[3]。第二，利用焊接顺序对变形进行控制，在对车架进行焊接的过程中，如果使用不一样的焊接顺序，车架产生的变形也不同，因此，必须对焊接工艺流程控制进行合理的规划和设计。

根据车架焊接总成的结构特点，在充分考虑预防焊接变形的基础上，将焊接过程分解为先将零部件装焊成组合件，最后由若干零件及组合件装焊成焊接总成。为矫正焊接变形，在存在变形较为严重的两个工序后增加矫形工位。为了减小焊接变形，焊接时应先进行点定焊接，然后从中间向两端对称补焊。补焊完成后利用机械法对焊接总成进行矫形，在变形严重时也可以用加热法进行矫正。

以后副车架为例，建议生产线焊接工位如图8所示，生产线平面布置图如9所示。

其中小件焊接工位1和小件焊接工位2分别布置两台弧焊机器人、弧焊设备、旋转工作台和工装夹具等，工位1用于焊接下摆臂、后横梁及后副车架骨架，工位2用于焊接下摆臂前后安装支架和后副车架骨架分总成。工艺过程包括人工上件、夹具定位夹紧、焊接、夹具打开及人工取件，旋转工作台可切换，节省的生产节拍，如图10所示。焊接过程中，两台弧焊机器人同时作业，对称焊接，可有效减少焊接变形。

总成焊接工位，焊接后副车架分总成和后副车架总成，其焊接树如图11所示。总成焊接完成后进行人工补焊和下线检查。

4 结论

综上所述，本文介绍汽车车架结构形式及分类，研究车架常用生产工艺形式，为实际生产过程中车架生产工艺的选择提供参考。以后副车架为例，分析车架焊接工艺流程，为车架焊接工艺的进一步优化奠定了基础。

参考文献：

[1]杜法钢.汽车车架的焊接及质量控制分析[J].南方农机.2011（08）.

[2]李卫华.汽车车架焊接过程焊接变形控制方法.汽车与驾驶维修[J].2017（07）.

[3]陈重钧，张亚岐，肖余芳，等，反向变形约束在梁类件焊接变形控制中的应用[J].塑性工程学报，2017，24（4）.