白車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)及焊接工藝分析

摘要：文章對(duì)焊接理論做了基礎(chǔ)介紹，然后引申出目前主機(jī)廠最常用的點(diǎn)焊、凸焊、二氧化碳焊、螺柱焊等四種焊接工藝形式，并對(duì)每種焊接工藝的焊接原理、方法、工藝特點(diǎn)做了重點(diǎn)分析。通過(guò)文章的總結(jié)可以對(duì)白車(chē)身結(jié)構(gòu)的焊接工藝有一個(gè)宏觀的認(rèn)知和全局上的把握，為今后的白車(chē)身結(jié)構(gòu)焊接工藝實(shí)踐打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1 白車(chē)身結(jié)構(gòu)分類(lèi)與特點(diǎn)

世界上第一輛汽車(chē)是德國(guó)人 KarlBenz 于 1886 年發(fā)明，因最初的汽車(chē)車(chē)身是由馬車(chē)改造而來(lái)，所以很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)汽車(chē)的車(chē)身結(jié)構(gòu)沿用了馬車(chē)車(chē)身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。所使用的車(chē)身都是采用非承載式的車(chē)身設(shè)計(jì)，直到 1922 年由 Lancia 汽車(chē)公司設(shè)計(jì)的“蘭伯達(dá)”轎車(chē)首次采用承載式車(chē)身結(jié)構(gòu)。到今天為止隨著技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，現(xiàn)在的乘用車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)大致分為三種：承載式車(chē)身、非承載式車(chē)身和半承載式車(chē)身。

承載式車(chē)身特點(diǎn)：無(wú)車(chē)架，車(chē)身強(qiáng)度和剛度主要由底板、骨架焊接而成框式結(jié)構(gòu)來(lái)保證，整個(gè)車(chē)身所有結(jié)構(gòu)件均參與承載車(chē)身重量。

非承載式車(chē)身特點(diǎn)：有獨(dú)立的車(chē)架，車(chē)身用彈簧或橡膠墊彈性地固定在車(chē)架上，承載主體是車(chē)架，車(chē)身只承受所載人員和行李的重量。

半承載車(chē)身特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)與非承載式車(chē)身基本相同，也是屬于有車(chē)架式的，它們之間的區(qū)別在于：車(chē)身和車(chē)架的連接不是柔性的而是剛性連接。一般轎車(chē)都采用承載式車(chē)身結(jié)構(gòu)，本文所論及的白車(chē)身都是針對(duì)承載式車(chē)身而言。承載式車(chē)身的出現(xiàn)解決了在工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)非承載式車(chē)身逐漸暴露出來(lái)的缺點(diǎn)。由于承載式車(chē)身為單體結(jié)構(gòu)，在碰撞時(shí)所有的力量會(huì)傳遞至整個(gè)車(chē)身，所以承載式車(chē)身在車(chē)頭位置設(shè)計(jì)了潰縮吸能區(qū)，通過(guò)整車(chē)框架結(jié)構(gòu)來(lái)將沖擊力進(jìn)行分散和傳導(dǎo)，這些位置會(huì)在盡可能輕量化的情況下設(shè)計(jì)成不同的質(zhì)量和形狀來(lái)承受特定方向的力，車(chē)身的重量就會(huì)輕于非承載式車(chē)身的大梁式結(jié)構(gòu)，使它對(duì)現(xiàn)在極力倡導(dǎo)的車(chē)輛節(jié)油性、降低排量有很大的幫助；其次，承載式車(chē)身雖然是單體結(jié)構(gòu)，但在制造過(guò)程中則是由不同部位的組件焊接而成，所以它能實(shí)現(xiàn)快速的批量化生產(chǎn)方式，進(jìn)一步降低了生產(chǎn)制造過(guò)程中的成本，符合現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)的需求，尤其對(duì)提高產(chǎn)能有很大的促進(jìn)作用。

2 白車(chē)身結(jié)構(gòu)焊接工藝性

對(duì)于白車(chē)身結(jié)構(gòu)焊接來(lái)說(shuō)，工藝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藝與結(jié)構(gòu)下，能獲得良好焊接結(jié)構(gòu)與形式的難易程度。焊接性能包括物理焊接性和工藝焊接性，物理焊接性是指金屬能與同種或異種金屬結(jié)合的能力；工藝焊接性是指選取不同工藝參數(shù)和措施獲得良好接頭能力。

2.1 焊接材料的選擇

焊接材料的選擇直接關(guān)系到焊接結(jié)構(gòu)工藝性的好壞，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮到材料的使用性能，還要考慮該材料的加工及焊接工藝性。對(duì)于汽車(chē)制造業(yè)來(lái)說(shuō)，材料是汽車(chē)成本中占用最大的一項(xiàng)，因此對(duì)材料的選擇不能只考慮高強(qiáng)度、高質(zhì)量，還應(yīng)考慮制造成本、制造周期。

對(duì)于汽車(chē)行業(yè)來(lái)說(shuō)，焊接材料主要是指低碳冷扎鋼板，焊接性較好，但隨著汽車(chē)的環(huán)保和低碳要求，車(chē)身開(kāi)始使用越來(lái)越多鎂鋁合金、碳纖維，對(duì)這些材料的選擇應(yīng)持慎重態(tài)度。

2.2 焊接接頭形式

焊接接頭的主要基本形式有四種：對(duì)接接頭、T 型接頭、角接接頭和搭接接頭。對(duì)于汽車(chē)白車(chē)身焊接來(lái)說(shuō)，主要采用的是搭接接頭和對(duì)接接頭。采用搭接接頭的零件如果靠近零件邊緣，且周?chē)鸁o(wú)其他結(jié)構(gòu)阻擋，可在固定點(diǎn)焊機(jī)上焊接；如果零件較大，焊點(diǎn)距離邊緣超過(guò) 200mm，需要采用懸掛點(diǎn)焊機(jī)進(jìn)行操作。對(duì)于對(duì)接接頭，需考慮焊點(diǎn)與零件立面結(jié)構(gòu)的距離，否則易引起焊鉗與零件的干涉。對(duì)于涉及車(chē)身外觀的焊接，由于可能會(huì)產(chǎn)生焊接變形而影響外觀品質(zhì)，可以通過(guò)增加鎘鎬銅墊片消除變形。

2.3 焊接接頭厚度

焊接接頭厚度直接影響到焊接的工藝性，厚度過(guò)大增加焊接件的重量，延長(zhǎng)熱處理時(shí)間，而且在加熱不均的時(shí)候容易產(chǎn)生裂紋；當(dāng)接頭太薄時(shí)，材料又容易被擊穿。所以為提高焊接質(zhì)量，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能采用統(tǒng)一的幾種厚度板材，在統(tǒng)一結(jié)構(gòu)上盡量采用同一厚度材料，如受條件限制厚度不能相同時(shí)，兩個(gè)相連零件厚度差別不能大于 1：3，否則接頭處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中。

2.4 焊縫的布置

焊縫是指兩零件焊接完成后形成的溶合連接部分，焊縫布置對(duì)焊接結(jié)構(gòu)工藝性有著重要影響。合理的焊縫布置可以減少應(yīng)力和變形，提高零件的安全性，焊縫的布置一般遵循以下原則：

（1）減少焊縫數(shù)量和長(zhǎng)度。

（2）焊縫盡量左右對(duì)稱(chēng)。

（3）避免交叉焊接。

（4）避免焊縫布置在零件圓角等應(yīng)力集中處。

3 白車(chē)身結(jié)構(gòu)常用焊接工藝方法

汽車(chē)白車(chē)身是由 300～500 個(gè)薄板沖壓件通過(guò)焊接裝配形成一個(gè)車(chē)體總成，焊接工藝對(duì)白車(chē)身非常關(guān)鍵，是車(chē)身制造工藝中重要組成部分。目前車(chē)身的沖壓件大都采用焊接性能良好的低碳鋼，所以焊接工藝成為白車(chē)身構(gòu)成的最重要連接方式。白車(chē)身焊接工藝連接方法有很多種，常見(jiàn)的有點(diǎn)焊、凸焊、二氧化碳焊、螺柱焊等，每種工藝均有專(zhuān)門(mén)適用場(chǎng)合，現(xiàn)分別介紹如下：

其一，點(diǎn)焊焊接工藝。點(diǎn)焊是通過(guò)電極間的壓力將需要連接的板件緊密壓緊，然后對(duì)其通電，電流流經(jīng)上下電極并穿過(guò)板件時(shí)產(chǎn)生電阻熱使板件融合為一體的一種焊接工藝。

其二，凸焊焊接工藝。凸焊是在標(biāo)準(zhǔn)件上預(yù)先加工出 3～4凸點(diǎn)，使其與凸焊連接件表面相接觸，加壓并通電加熱，凸點(diǎn)被壓潰使接觸點(diǎn)與凸焊連接件連為一體的焊接方法，凸焊標(biāo)準(zhǔn)件按形態(tài)分為凸焊螺栓和凸焊螺母兩類(lèi)每種又根據(jù)公稱(chēng)直徑的不同又分為若干系列?？紤]到焊接質(zhì)量，在現(xiàn)有白車(chē)身凸焊螺母中，凸點(diǎn)數(shù)量以四個(gè)居多，而凸焊螺栓則一般為三個(gè)即可滿足焊接質(zhì)量要求。與點(diǎn)焊類(lèi)似，凸焊工藝也需要設(shè)置工藝參數(shù)。其三，二氧化碳氣體保護(hù)焊。二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊是采用二氧化碳作為保護(hù)氣介質(zhì)的氣體保護(hù)電弧焊。在進(jìn)行二氧化碳焊接時(shí)首先由焊槍噴射二氧化碳?xì)怏w作為保護(hù)氣，將空氣與焊接區(qū)域分隔；并利用焊絲與被焊工件之間產(chǎn)生的電弧來(lái)溶解金屬，從而達(dá)到被焊板件在二氧化碳?xì)怏w的保護(hù)下的平穩(wěn)、優(yōu)質(zhì)焊接。二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊是使用焊絲來(lái)代替焊條，經(jīng)送絲輪通過(guò)送絲軟管送到焊槍?zhuān)?jīng)導(dǎo)電阻導(dǎo)電，在二氧化碳?xì)怏w中與板件之間產(chǎn)生電弧，靠產(chǎn)生的電弧熱量進(jìn)行焊接。其四，螺柱焊接是在螺柱的端面與另一薄板工件之間利用電弧熱使之熔化并施加壓力完成連接的焊接方法。它兼具熔焊和壓焊特征，是一種加壓熔焊。螺柱焊與凸焊的區(qū)別：凸焊屬于電阻焊范疇，而螺柱焊有弧焊和壓力焊雙重屬性。