底盘焊接工艺探讨与研究

底盘焊接工艺探讨与研究

郑锁峰

长城汽车股份有限公司技术中心河北省汽车工程技术研究中心保定071000

摘要：乘用车底盘涉及的承载式车身的副车架类、摆臂类以及非承载式车身的车架等焊接类总成件普遍采用电弧焊接拼焊工艺。尽管电弧焊接工艺技术非常成熟、应用也非常广，但汽车底盘焊接类总成因其自身结构复杂、空间小及焊道走向极不规则的特点，造成其焊接工艺开发的难度较大。随着汽车工业的发展，整车对底盘焊接类总成件的精度要求越来越高，单纯依靠焊接工艺实现稳定的产品质量正不断地受到挑战。

关键词：汽车底盘；电弧焊工艺；焊接工艺

引言

汽车底盘件是汽车的重要结构安全件，其焊接量大，工件易变形，焊接质量对汽车的安全性起决定作用。机器人焊接柔性生产线是今后汽车底盘焊接的主要发展方向，具有较大的柔性。机器人焊接自动化程度高，在同一个工作站中通过改变机器人示教程序和相应的工装夹具，可完成不同型号产品的焊接工作。通过对机器人周边装置和控制系统的柔性设计，最大程度地发挥机器人特点，使一套机器人系统能够根据需要焊接多种零件，适应产品多样化和改进的要求，从而满足汽车行业日益加剧的多种、小批量的生产要求，为企业参与激烈的市场竞争奠定扎实的基础。

1焊接工艺分析

三菱越野车V73前、后车架属分断式车架（在此仅以前车架为例进行分析），前车架为“井”字型组焊结构件，其冲压件材料为日本进口高强度板（SPAH590），材料厚度2～3mm，材料回弹大，冲压件形状复杂，成形难度大，组焊件各零部件配合间隙要求小于1mm。由于产品结构复杂，各装配件孔位大部分尺寸精度要求控制在±0.8mm内，各组焊件焊缝多且长，焊接变形难控制，焊接工艺复杂。根据前车架总成焊接工艺特点，将其分解为1号横梁总成、2号横梁总成、左/右纵梁总成三大部件。各部件总成焊接后再实施前车架总成焊接，由于前车架总成在未安装2号横梁之前成“π”形结构，工件焊接极易变形，为增加前车架总成刚性，保证产品尺寸精度，前车架在左/右纵梁总成与1号横梁总成焊接前采取了焊前各总成部件点定并安装2号横梁总成。同时前车架总成焊接分为两工序：工序1完成1号横梁总成、左/右纵梁总成和左/右下臂安装支架（并安装2号横梁总成）拼焊；工序2完成左/右发动机安装支架与前车架总成焊接。根据焊接件焊接变形的特点，工艺上采用了工件预留变形焊接量、反变形以及通过机器人编程控制焊接顺序，使组焊件受热均匀以减小焊接后工件变形等技术手段。

2底盘件产品设计工艺性审查

进行产品设计工艺性审查，是使新设计的产品在满足使用功能的前提下，应符合一定的工艺性指标要求，以便在现有生产条件下采用经济、合理的方法完成制造，同时在工艺审查过程中提高审查能力，为后续的使用维修提供便利，以确保产品设计实现低成本、高质量、短周期的开发目标，并且更容易制造。为了保证设计的产品具有良好的工艺性，在产品设计的各个阶段均应进行设计工艺性审查，主要包括交流数模设计阶段的审查、工艺数模设计阶段的审查、NC数模及工作图设计阶段的审查。将评审的内容编写成报告书，并留存记录表，后续将报告书分类、编写审查标准。评审时，需要制定一系列审查标准，作为判断标准。那么对于底盘焊接总成件，重点关注的是定位设计及构造设计2部分，需要掌握正确的分析方法和众多的案例用以形成审查标准。1）定位设计：焊接构造各工件的关系，称为定位；2）焊接构造：指构成焊接件的各单件的物理结构，包含焊道等。以定位设计的审查标准为例，介绍工艺SE分析的内容以及它带来的好处。

3焊接夹具可调性设计

3.1焊接机器人工装夹具设计要点

前车架工件特点是焊缝长度长、数量多。由于焊接时有大量的热输入，如果夹具设计不合理，焊后产生很大的焊接变形，影响产品尺寸精度。因此，如何控制焊接变形是焊接夹具设计的关键。焊接夹具设计要点如下：（1）采用标准化、模块化设计，电控气动夹紧的定位方式。（2）在长焊缝的定位夹紧部位采用整体铜材，并通水冷却，提高夹具的散热效果。（3）采用具有自锁功能的压紧气缸。（4）由于前、后车架壳体由高强度板冲压而成，难免有很大的弹性变形，总成夹具必须有足够刚性，保证足够的压紧力，必要时可采用TOX气-液转换缸压紧。

3.2完全依据产品数模设计焊接夹具

不考虑焊接变形规律，直接根据产品数模尺寸设计焊接夹具的各定位机构的位置。此种方式，往往是以往没有总结过此类产品的焊接变形规律，或是开发1种新结构的底盘焊接类总成，尚不清楚其焊接变形规律，这也是最常用的设计方式。综上，不论是第1种还是第2种夹具设计方式，由于焊接工艺存在焊接变形，在安装调试、批量生产过程中都会对焊接夹具进行调整，所以2种方式设计的焊接夹具都要具备可调性。第1种设计方式只是调整量非常小（只是精度的深度调整），但是夹具也是需要调整的，也就是说焊接总成产品的精度，都是通过对焊接夹具各定位机构的实际调整调试出来的，所以在设计焊接夹具时，必须考虑各定位机构的可调性。下面举例说明如何设计焊接夹具可调性。工件散件定位点选择合理，每一个定位点要根据该部件在汽车上的功能确定需要调整的自由度数量，若自由度数量为n，则设计成n自由度调整机构，同时要设计调整位置精度（调整范围±3mm）的机构，使定位元件的实际移动量与目标值之差不大于0.2mm。

4焊接工艺与其它工艺的多种组合

4.1焊接工艺+机加工工艺

对于中高端车型，底盘焊接总成，如后扭梁、摆臂轴套孔等，其平均精度为0.5～0.8mm，有的甚至为±0.1mm。此类部件均采用焊接工艺+机加工工艺的组合形式，即先进行焊接，最后用机加工保证最终产品精度要求，由于机加工工艺本身不会产生变形，所以很多底盘制造厂大量采用此种形式，但是这种工艺组合，在产品设计时要同步考虑工艺设计，提前考虑机加工预留量。

5.2焊接工艺+冲裁工艺

底盘焊接总成，诸如一些支架有对称孔，要求精度较高，传统的焊接工艺无法保证精度要求，而且又无法采用机加工工艺。国内的外资、合资品牌从开始就使用焊接工艺+冲裁工艺，不但可以保证精度，而且可以缩短调试周期，如果传统焊接工艺用8个月时间调试，采用此种工艺组合，时间能缩短至3.5～4个月。焊后冲裁的技术核心是气动增压缸，比传统的液压缸具有设备体积小、冲裁力大的特点，能在短距离内对2～6mm的板材进行冲孔加工，速度快，精度高。劣势在于成本高，单机价格在150～200万元之间。

结束语

每一类焊接件都有它的焊接变形规律，通过对焊接变形规律的总结，对实际产品数模、图纸的分析，制定出合理的焊接工艺，这是焊接工艺开发的核心。如果不考虑这些因素，接到项目后，马上开始工艺设计，后期往往会出现大量变更，甚至会出现无法扭转的局面，而现在的开发往往是这种状态，因此，要改变这种开发流程，就应注重对现场过程的分析，及时对调试过程进行总结，根据大量的统计数据，建立焊接变形的模型，为后续新项目的开发提供数据支持。

参考文献：

[1]张建刚.基于多层网络的Q系列PLC三位伺服控制系统研究[D].成都：西华大学电气信息学院，2010.

[2]胡鑫.自动化焊接生产线在奇瑞A3车型中的应用实例（续）[J].技术新视野，2010（1）33一36.