白车车身结构及焊接工艺分析

2018-09-18 16:31:00
陆启蒙
原创
2069
摘要:文章对焊接理论做了基础介绍,然后引申出目前主机厂最常用的点焊、凸焊、二氧化碳焊、螺柱焊等四种焊接工艺形式,并对每种焊接工艺的焊接原理、方法、工艺特点做了重点分析。通过文章的总结可以对白车身结构的焊接工艺有一个宏观的认知和全局上的把握,为今后的白车身结构焊接工艺实践打下坚实基础。

摘要:文章对焊接理论做了基础介绍,然后引申出目前主机厂最常用的点焊、凸焊、二氧化碳焊、 螺柱焊等四种 焊接工艺形式,并对每种焊接工艺的焊接原理、方法、工艺特点做了重点分析。通过文章的总结可以对白车身结构的焊接工艺有一个宏观的认知和全局上的把握,为今后的白车身结构焊接工艺实践打下坚实基础。

1 白车身结构分类与特点

世界上第一辆汽车是德国人 KarlBenz 于 1886 年发明,因最初的 汽车车身是由马车改造而来,所以很长一段时间内汽车的车身结构沿用了马车车身的结构设计。所使用的车身都是采用非承载式的车身设计,直到 1922 年由 Lancia 汽车公司设计的“兰伯达”轿车首次采用承载式车身结构。到今天为止随着技术的不断完善和发展,现在的乘用车车身结构大致分为三种:承载式车身、非承载式车身和半承载式车身。

承载式车身特点:无车架,车身强度和刚度主要由底板、骨架焊接而成框式结构来保证,整个车身所有结构件均参与承载车身重量。

非承载式车身特点:有独立的车架,车身用弹簧或橡胶垫弹性地固定在车架上,承载主体是车架,车身只承受所载人员和行李的重量。

半承载车身特点:结构与非承载式车身基本相同,也是属于有车架式的,它们之间的区别在于:车身和车架的连接不是柔性的而是刚性连接。一般轿车都采用承载式车身结构,本文所论及的白车身都是针对承载式车身而言。承载式车身的出现解决了在工业化生产时非承载式车身逐渐暴露出来的缺点。由于承载式车身为单体结构,在碰撞时所有的力量会传递至整个车身,所以承载式车身在车头位置设计了溃缩吸能区,通过整车框架结构来将冲击力进行分散和传导,这些位置会在尽可能轻量化的情况下设计成不同的质量和形状来承受特定方向的力,车身的重量就会轻于非承载式车身的大梁式结构,使它对现在极力倡导的车辆节油性、降低排量有很大的帮助;其次,承载式车身虽然是单体结构,但在制造过程中则是由不同部位的组件焊接而成,所以它能实现快速的批量化生产方式,进一步降低了生产制造过程中的成本,符合现代工业化生产的需求,尤其对提高产能有很大的促进作用。

2 白车身结构焊接工艺性

对于白车身结构焊接来说,工艺性就是指具有良好的焊接性能。焊接性能是指焊材在一定工艺与结构下,能获得良好焊接结构与形式的难易程度。焊接性能包括物理焊接性和工艺焊接性,物理焊接性是指金属能与同种或异种金属结合的能力;工艺焊接性是指选取不同工艺参数和措施获得良好接头能力。

2.1 焊接材料的选择

焊接材料的选择直接关系到焊接结构工艺性的好坏,在进行设计时不仅要考虑到材料的使用性能,还要考虑该材料的加工及焊接工艺性。对于 汽车制造业来说,材料是汽车成本中占用最大的一项,因此对材料的选择不能只考虑高强度、高质量,还应考虑制造成本、制造周期。

对于汽车行业来说,焊接材料主要是指低碳冷扎钢板,焊接性较好,但随着汽车的环保和低碳要求,车身开始使用越来越多镁铝合金、碳纤维,对这些材料的选择应持慎重态度。

2.2 焊接接头形式

焊接接头的主要基本形式有四种:对接接头、T 型接头、角接接头和搭接接头。对于汽车白车身焊接来说,主要采用的是搭接接头和对接接头。采用搭接接头的零件如果靠近零件边缘,且周围无其他结构阻挡,可在固定 点焊机上焊接;如果零件较大,焊点距离边缘超过 200mm,需要采用 悬挂点焊机进行操作。对于对接接头,需考虑焊点与零件立面结构的距离,否则易引起焊钳与零件的干涉。对于涉及车身外观的焊接,由于可能会产生焊接变形而影响外观品质,可以通过增加镉镐铜垫片消除变形。

2.3 焊接接头厚度

焊接接头厚度直接影响到焊接的工艺性,厚度过大增加焊接件的重量,延长热处理时间,而且在加热不均的时候容易产生裂纹;当接头太薄时,材料又容易被击穿。所以为提高焊接质量,在设计时应尽可能采用统一的几种厚度板材,在统一结构上尽量采用同一厚度材料,如受条件限制厚度不能相同时,两个相连零件厚度差别不能大于 1:3,否则接头处容易产生应力集中。

2.4 焊缝的布置

焊缝是指两零件焊接完成后形成的溶合连接部分,焊缝布置对焊接结构工艺性有着重要影响。合理的焊缝布置可以减少应力和变形,提高零件的安全性,焊缝的布置一般遵循以下原则:

(1)减少焊缝数量和长度。

(2)焊缝尽量左右对称。

(3)避免交叉焊接。

(4)避免焊缝布置在零件圆角等应力集中处。

3 白车身结构常用焊接工艺方法

汽车白车身是由 300~500 个薄板冲压件通过焊接装配形成一个车体总成,焊接工艺对白车身非常关键,是车身制造工艺中重要组成部分。目前车身的冲压件大都采用焊接性能良好的低碳钢,所以焊接工艺成为白车身构成的最重要连接方式。白车身焊接工艺连接方法有很多种,常见的有点焊、凸焊、二氧化碳焊、螺柱焊等,每种工艺均有专门适用场合,现分别介绍如下:

其一,点焊焊接工艺。点焊是通过电极间的压力将需要连接的板件紧密压紧,然后对其通电,电流流经上下电极并穿过板件时产生电阻热使板件融合为一体的一种焊接工艺。

其二,凸焊焊接工艺。凸焊是在标准件上预先加工出 3~4凸点,使其与凸焊连接件表面相接触,加压并通电加热,凸点被压溃使接触点与凸焊连接件连为一体的 焊接方法,凸焊标准件按形态分为凸焊螺栓和凸焊螺母两类每种又根据公称直径的不同又分为若干系列。考虑到焊接质量,在现有白车身凸焊螺母中,凸点数量以四个居多,而凸焊螺栓则一般为三个即可满足焊接质量要求。与点焊类似,凸焊工艺也需要设置工艺参数。其三,二氧化碳 气体保护焊。二氧化碳气体保护焊是采用二氧化碳作为保护气介质的气体保护 电弧焊。在进行二氧化碳焊接时首先由 焊枪喷射二氧化碳气体作为保护气,将空气与焊接区域分隔;并利用焊丝与被焊工件之间产生的电弧来溶解金属,从而达到被焊板件在二氧化碳气体的保护下的平稳、优质焊接。二氧化碳气体保护焊是使用焊丝来代替焊条,经送丝轮通过送丝软管送到焊枪,经导电阻导电,在二氧化碳气体中与板件之间产生电弧,靠产生的电弧热量进行焊接。其四, 螺柱焊接是在螺柱的端面与另一薄板工件之间利用电弧热使之熔化并施加压力完成连接的焊接方法。它兼具熔焊和压焊特征,是一种加压熔焊。螺柱焊与凸焊的区别:凸焊属于电阻焊范畴,而螺柱焊有弧焊和压力焊双重属性。


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