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[分享] 汽车后桥焊接工艺研究

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发表于 2011-9-29 03:45:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
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汽车后桥是汽车的关键部件之一,其焊接质量的好坏关系到汽车的安全性问题。本文从后桥焊接的材料、焊接接头形式等方面介绍了可行的汽车后桥焊接工艺。后桥是汽车的关键部件之一,它不但要承重和传力,还要承受由动载荷和静载荷所引起的较大的弯矩和扭矩,为此要求后桥应具有足够的强度、刚度和韧性,这就对桥壳的焊接质量提出了很高的要求。在桥壳的众多焊缝中,桥壳与半轴套管的对接焊缝尤其关键,其质量的好坏直接关系到汽车的安全性。
焊接桥壳时应注意以下几点:
● 桥壳焊接所用的材料应具有良好的可焊性;
● 桥壳焊缝的布置应有利于减少焊接应力及变形;
● 桥壳焊接件的技术要求应合理;
● 桥壳每条焊缝的焊接接头形式、位置和尺寸应能满足焊接质量要求。
母材及焊接材料的选用
1、母材的选用
我们选用的桥壳母材是用16MnL板材压制的。16MnL钢是含有锰和硅的普低合金钢,它比Q235类型的低碳钢多了一些锰,但强度却增加了35%左右,具有良好的可焊性。因16MnL钢含有一定量的碳和锰元素,焊接时的淬硬倾向要比Q235碳钢稍大些,冷裂倾向也较大。在气温较低时,或在焊件刚性和板厚都较大的结构上焊接时,如选用小规范焊接一些短焊缝(或焊脚尺寸较小的角焊缝),焊接接头中可能产生淬硬组织或冷裂缝。为避免在焊接时产生冷裂,需采取预热措施。当焊件刚性很大时,建议在5℃以上进行定位焊,定位焊长度应大于50~100mm,间隙要小,并采用较大的焊接电流,放慢焊速,熄弧前应填满弧坑;当16Mn钢与低碳钢焊接时,焊接材料与焊接工艺均按16Mn钢的要求进行;对结构强度要求不高、负荷不大的薄板焊接,可选用较经济的酸性焊条,如结502、结503等。
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对于汽车后桥的重要组合件——半轴套管,目前国内常使用的母材一般为45号钢或45Mn2钢。45Mn2钢因含锰高,空冷时焊缝热影响区会出现针状马氏体组织,硬度大、塑性差,易产生脆性断裂,而且可供选择的焊接规范非常小:当电流过小时则熄弧,焊缝成形不良;电流过大时则咬边;冷却速度稍大时则产生热裂纹,且质量难以保证。所以我们选用的半轴套管是用45号无缝钢管锻打成型的,其焊接规范容易掌握,焊缝质量良好,可满足汽车后桥的生产需要。
2、焊接材料的选择
和国际通行的桥壳焊接方法一样,我们也选择CO2气体保护焊进行桥壳的焊接。在焊丝的选择上,目前国内普遍使用ER49-1和ER50-6两种焊丝。ER50-6焊丝相当于美国标准AWSER70S-6、英国标准BSA18、德国标准DINSG2和日本标准J1SYGW12。该焊丝化学成分设计合理,有良好的焊接工艺性能,值得大力推广应用;ER49-1焊丝是按前苏联标准生产的焊丝产品,从20世纪50年代中期一直延用至今。
由于焊丝的化学成分直接关系到焊丝的工艺性能、拉拔和力学性能,以及焊缝熔敷金属的力学性能。因此,在选择焊丝时,我们首先对两种焊丝进行了对比。
表1表明,ER50-6焊丝的锰元素含量较低,硅元素含量较高,Mn/Si≈1.8。一般碳钢焊丝采用锰、硅联合脱氧,要求锰硅之比2为宜。而ER49-1焊丝锰元素含量偏高,Mn/Si≈2.6。可见,ER50-6焊丝化学成分设计较合理,能得到性能良好的焊缝,而且其硫、磷控制也较严,对保证焊缝的力学性能有利。
表2表明,在焊缝熔敷金属力学性能方面,ER50-6焊丝优于ER49-1焊丝,尤其ER50-6焊丝的塑性与韧性(特别是低温韧性)明显优于ER49-1焊丝。
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通过以上分析比较,我们认为ER49-1焊丝已不适应桥壳的焊接生产,应优先使用ER50-6焊丝。
焊接工艺及规范
桥壳与半轴套管的联接形式以及焊缝质量是后桥生产的关键。目前国内有两种接头联接形式:一种是在半轴套管一端做出台阶,压配到已加工了的桥壳内,然后施焊;另一种是在桥壳与半轴套管之间用一衬环来联结,然后施焊,衬环起到焊缝的垫板作用。通过对两种接头形式进行严格试验和焊接工艺评定,结果表明第一种形式较好。因此,我们在用45号钢制作的半轴套管的一端车一台阶,压配到已精镗加工后的桥壳内,使用CO2气体保护专用设备进行自动焊接,焊接规范如下:
● 焊丝直径:1.6mm;
● 焊接电压:32~35V;
● 焊接电流:300~360A;
● 焊接速度:120mm/min;
● 焊丝伸出长度:20mm;
● 焊缝重叠量:8~14mm。
对桥壳后盖与加强圈的焊接使用我公司自行设计制作的专用CO2自动焊接机,焊接规范如下:
● 焊丝直径:1.2mm;
● 焊接电压:26~30V;
● 焊接电流:270~300A;
● 焊接速度:110mm/min;
● 焊丝伸出长度:15mm;
● 焊缝重叠量:12~18mm。
对桥壳两桥皮组合的直焊缝与三角板焊缝采用CO2气体保护焊,其焊接规范如下:
● 焊丝直径:1.2mm;
● 焊接电压:24~28V;
● 焊接电流:240~280A;
● 焊接速度:120mm/min;
● 焊丝伸出长度:15mm。
为保证焊接质量,我们使用纯度达99.5%以上的CO2气体,其含水量、含碳量不超过0.01%。每次使用前,先将瓶内杂气放掉,一般放2~3min即可。我们还在气路中串联了干燥器,以进一步减少CO2气体中的水分。如果气瓶压力低于10MPa,CO2气体中的含水量就会大大增加,此时我们就立即停止使用,更换新瓶后再投入生产。
采用上述焊缝接头形式和焊接工艺,我们对生产出的后桥进行了周密的台架对比试验,其疲劳试验循环次数达160万次以上,有时甚至达230万次才断裂,大大超过了国家标准的汽车后桥疲劳试验循环次数120万次的水平,效果令人满意。目前我公司生产的后桥在金龙客车、江淮汽车、福田汽车、春兰重卡、欧曼重卡等公司反映很好,并远销美国、加拿大、巴基斯坦、缅甸、越南、香港等国家和地区。
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