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摘要：汽车车桥是汽车的基础承载部件，其质量好坏直接关系到驾乘人员的生命安全。汽车生产企业为车桥制订了严格的质量标准，比如车桥的疲劳寿命就是最关键的指标。某公司一新开发的车桥在进行台架试验时，经过19万次就产生了开裂，远远低于100万次不开裂的技术要求。同时该批次车桥的在路试时，仅两星期内就出现了车桥坍塌现象。针对上述情况，笔者从改进焊接工艺入手，制订合理的焊接工艺，减少了飞溅，提高了焊接质量，延长了汽车车桥的使用寿命。
关键词：桥壳；台架试验；早期开裂；混合气体保护焊；飞溅
1、开裂原因分析
车桥的结构示意图如图1所示。整个车桥分为三段式：两端是法兰盘，接轴管，中间是上下片和桥壳帽。黑粗线条表示焊缝，包括每根轴管上两道环焊缝，上下片之间的直焊缝和桥壳帽的环焊缝。
1.1 试验设备和试验参数
此次台架疲劳试验采用的是日本岛津公司的液压泵和液压缸， 其中液压缸的型号是S15KXG7072-022，最大载荷是100kN，最大行程是600mm，液压缸往复运行的最大频率为10Hz。试验时，车桥轴管上的Y点固定车桥，两侧法兰盘的T点受垂直向上的拉伸载荷。按照该公司的技术要求，所采用的试验参数为：T点处垂直向上的作用力的施加频率为5Hz，行程为40mm。
1.2 断口分析
图1中的K点是车桥经过19万次试验后的开裂位置。图2为桥壳断口形貌，箭头指向位置为开裂的裂纹源，图3所示为飞溅的熔滴凝固经疲劳试验后在桥壳表面形成的裂纹。
1.3 断口分析结论
从以上图形可以看出，本次试验结果达不到要求是由于焊接过程中熔池液滴飞溅至桥壳轴管表面并与轴管焊合凝固形成焊接斑点，在疲劳试验过程中，该处应力集中从而导致桥壳早期断裂。
2、采取措施
2.1 原有的工艺及设备
该公司原用松下公司生产的KRⅡ350型焊机，电弧电压26V，焊接电流350～360A，CO2流量为18～20L/min，焊丝THQ-50CER-6，直径1.2mm。坡口形式是60°的V形坡口，焊枪倾角60°～70°，焊接过程中保持车桥的旋转速度，保证焊枪倾角不变，焊丝伸出长不变。
2.2 新工艺试验
为了解决CO2气体保护焊焊接过程中的飞溅问题，通过在CO2保护气体中添加Ar气来防止熔滴飞溅，采用了6套新工艺，工艺参数见表1。采用的氩气纯度为99.99％。
按照每套工艺参数的要求，在一根车桥的K点外焊接环缝，经过外观检查和疲劳试验判断焊接质量的好坏。
2.3 外观检查和台架试验
外观检查是在距焊缝80mm范围内沿焊缝进行仔细观察，并记录所有飞溅熔滴所形成的飞溅斑点数目和形貌。焊接后焊缝外观如图4所示，1# ，2# ，3#试样有飞溅斑点，5#和6#试样外观与4#的一样，未发现飞溅熔滴所形成的斑点。外观检查结果见表2。
按照该企业既有方案进行台架试验，结果见表2。2#桥壳试样疲劳循环次数65.1万次开裂，3#桥壳试样疲劳循环次数56.6万次开裂，4#，5#和6#桥壳试样循环次数均超过了100万次（根据公司技术要求疲劳寿命超过100万次，试验可以终止）。
3、工艺分析
CO2气体保护焊金属飞溅问题之所以突出，是与该焊接方法的冶金特性及工艺特性有关。由冶金反应引起的飞溅：主要是由于焊接过程中熔滴和熔池中C被氧化生成了CO气体，还有C与CO2生成的CO气体。随着温度的升高，CO气体膨胀，若从熔滴或熔池中外逸受到阻碍，就可能在局部范围产生爆裂，从而导致熔化的金属产生飞溅 。一般地，减小金属飞溅可选择下列工艺参数：
（1）焊接电流与电弧电压
在CO2焊中，每种直径的焊丝，其飞溅率和焊接电流之间都有一定的规律。在小电流区域（短路过渡区域，电流小于150A）飞溅率较小，进入大电流区域后（细颗粒过渡区域，电流大于300A）飞溅率也较小，电流介于两者之间的飞溅率较大，而中间区的飞溅率最大。虽通过采用合理工艺参数及用潜弧方法等可减小飞溅，但飞溅量仍较大。在CO2中加入一定量的Ar，是减小飞溅最有效的方法。
在CO2中加入Ar后，改变了纯CO2气体的上述物理性质和化学性质。随着Ar含量的增大，飞溅逐渐减小。CO2+Ar混合气体除可克服飞溅外，还改善了焊缝成形，且对溶深及焊缝余高都有一定的影响。当Ar含量达一定比例时，可明显地使过渡熔滴的尺寸变小，甚至得到喷射过渡，改善了熔滴过渡特性，减小金属飞溅。从本次试验的结果来看，在φ（Ar）>40％ 时就出现了飞溅明显减小的现象。K点处环缝焊接时飞溅问题突出，还与母材有关。该型号车桥法兰盘是35钢，轴管是20钢，上下片是Q235C钢。由于C含量增加，在焊接时更容易生成CO。这也是飞溅在上述母材焊时突出的原因。
结语：添加Ar后，车桥桥壳的台架试验均合格，参照有关资料和为了降低成本，选择的工艺参数是CO2流量16L/min，Ar气流量14L/min，焊接电流300A。经1年多近2万根车桥的生产、装车路试和正常使用未再出现断桥现象，焊接工艺改进效果明显。
参考文献：
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［3］ 钟玉柱.CO2气体保护焊气孔与飞溅的预防［J］.焊管， 2012（04）：53－56.
论文作者:李秀智
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第04期
论文发表时间:2019/6/21
标签：气体论文; 车桥论文; 台架论文; 电流论文; 试样论文; 疲劳论文; 工艺论文; 《工程管理前沿》2019年第04期论文;