汽车车架的焊接变形控制

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来源：江淮汽车

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汽车车架焊接结构的零件厚度一般为2~4mm，主要采用CO2气体保护焊，与汽车车身的薄板点焊相比，其焊接变形较大。如果焊接夹具的工装设计及焊接工艺的确定没有考虑该特点，就会造成操作不便、生产效率低下，甚至会使车架产生变形。本文将从设计和工艺两个方面，探讨控制车架焊接变形的措施。

车架焊接变形的影响因素

焊接工艺方法：不同的焊接方法将产生不同的温度场，形成的热变形也不相同。一般来说，自动焊比手工焊加热集中，受影响区小，变形较小; CO2气体保护焊焊丝细，电流密度大，加热集中，变形小，比手工焊更适合于车架焊接。

焊接工艺参数：包括焊接电流、电压、焊丝伸出长度，以及保护气体的流量。焊接变形随焊接电流和电弧电压增大而增大，随焊接速度增快而减小，其中电弧电压的作用明显。因此低电压、高速大电流密度的自动焊变形较小;

焊接顺序：对于要求变形量很小的焊接，必须先进行定位点焊，然后再按顺序进行焊接。焊接顺序不同，变形的大小也不尽相同。

施焊方法：连续焊、断续焊的温度场不同，产生的热变形也不同。通常连续焊变形较大。断续焊变形较小。为减小变形，应采用分段退焊或分段跳焊法焊接，以减少热量的集中输入。

材料的热物理性能：不同材料的导热系数、比热和膨胀系数等均不同，产生的热变形不同，焊接变形也不同。

夹具原因：由于夹具的定位面与压紧块和焊接制件之间存在间隙，焊接时自由变形，这时夹其没有起到夹紧、防止和减小焊接变形的作用，焊接时变形处于失控状态，焊接变形严重。

产品设计因素，由于设计人员的经验和工作失误等原因，在设计焊道时没有考虑到焊接工作量与焊接变形、焊道布置及焊接变形等关系，从而造成由于焊道焊接量大导致的焊接变形严重;焊道的布置要考虑焊接的应力集中，应力集中越大的部位焊接变形越严重（如图1所示）。

车架焊接变形种类

车架结构的焊接变形分为整体变形和局部变形。整体变形是焊接以后，整个构件的尺寸或形状发生变化。包括纵向和横向收缩，弯曲变形和扭曲变形等;局部变形是指焊接后构件的局部区域出现变形，包括角变形和波浪变形等。这些基本变形形式的不同组合形成了实际生产中焊接件的变形。

车架前、中、后段总拼焊接完成后表现为收缩变形（如图2所示），横梁焊接完成后主要产生挠性的弯曲变形如图3所示），车架的整体结构（如图4所示）。

焊接变形控制设计措施

1. 合理的焊缝尺寸和形式

焊缝尺寸直接关系到车架的焊接工作量和焊接变形大小。焊缝尺寸大，焊接工作量大，焊接变形就大。因此，在保证车架承载能力的情况下，应尽量减小焊缝尺寸，尤其是角焊缝，但并不是焊缝尺寸越小越好，焊缝尺寸太小，冷却速度快，容易产生裂纹、热影响区硬度过高等焊接缺陷。因此，应在保证焊接质量的前提下，按板厚来选取工艺上允许的最小焊缝尺寸。

2.合理的焊缝数目

在车架结构中力求焊缝数量合理。尽可能减少焊缝的数量，避免不必要的焊缝。且焊缝不宜过分集中，尽量避免2条或3条焊缝垂直交叉，并尽可能用冲压件来代替焊接件。

3.合理的焊缝位置

在设计车架时，应尽量把焊缝安排在结构截面的中性轴上或靠近中性轴，力求在中性轴两侧的变形大小相等，方向相反，这样能使焊缝引起的挠曲变形互相抵消;或者使焊缝接近断面中性轴，以减少焊缝引起的挠曲。

工艺措施

1.反变形法

在车架的焊接变形控制过程中，最常用的方法为反变形控制。需要根据经验与变形的规律，焊接前预先将焊接制件向着与焊接变形相反的方向变形或移动，使之达到抵消焊接变交形的目的。这需要细心观察并积累妈接的变形规律，还要根据车架的结构及生产的实际状况进行灵活运用。

因焊接变形影响因素很多，包括焊接顺序、拘束度、焊接条件和接头特征等。焊接手册中的变形估算公式及有关图表只能提供一个大致数值。在实际生产的工艺规范和相同条件下通过试验来实测确定，再根据所得数据确定反变形量，并在焊接制造中应用，才能获得比较好的效果。

2.刚性固定法

当不便采用反变形时，将零部件加以固定来限制煤接变形。车架生产中普遍采用焊接夹具定位和紧固。夹具装夹的刚度越大，焊接变形越小。

3.合理施焊

CO2气体保护焊与其它电弧焊相比，具有生产率高、焊接成本低、适用范围广、抗锈能力强、焊后无须清渣等优点，所以车架采用CO2气体保护焊接。同时由于CO2气体保护焊电弧热量集中，加热面积小，以及CO2气流的冷却作用，所以工件的焊接变形也较小。此外，在焊接时适当降低规范，选用较低的线能量。可以有效地防止焊接变形，但线能量不能过低，否则影响焊接质量。

4.合理的焊接顺序

焊接顺序对焊接结构的变形有很大影响。焊接顺序合理，焊接变形可以通过自由收缩，互相抵消;焊接顺序不合理，焊接变形将互相叠加。为便于控制焊接变形。尽量采用对称焊接，应从中央向前尾方向开始焊接，并在左、右方向对称进行，以使焊缝引起的变形相互抵消。焊缝不对称的，先焊接焊缝少的一侧，因为焊缝越长，变形越大。先焊焊缝少的一侧，可以增大焊缝多的一侧焊件的结构刚度和反变形能力。

焊接变形的矫正

车架焊接过程中，虽然在车架结构设计和工艺上采取多种措施来控制施焊过程中所产生的焊接变形。但由于焊接过程的特点和车架焊接工艺的复杂性，或多或少会产生焊接变形，为此必须矫正超过设计要求的焊接变形。

机械矫正法是在室温条件下，以车架中部为基准将车架放置于校正夹具上，对车架前端或后端四点施加向上或向下的外力，使车架总成压缩塑性变形区的金属伸展减少或消除焊缝区的塑性变形，达到矫正变形的目的。实际操作中还应注意自然时效的作用，必须通过经验积累和严格检验手段保证矫正的精度。

矫正工艺只限于矫正焊接构件的局部变形，如角变形、弯曲变形和波浪变形等。对于车架结构的整体变形如纵向和横向收缩（总尺寸缩短），只能通过下料或装配时预放余量来补偿。（本文完）

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