解決方案

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車橋焊接工藝解決方案

一、車橋及焊接工藝

    1.1 車橋種類及作用

       汽車車橋(又稱車軸)通過懸架與車架(或承載式車身)相連接,其兩端安裝車輪。車橋的作用是承受汽車的載荷,維持汽車在道路上的正常行駛。車橋是汽車的關鍵部件之一,受力復雜。它不但承重和傳力,還承受巨大的動載荷和靜載荷所形成的彎矩和扭矩,為此要求車橋有足夠的強度、剛度和韌性。在車橋眾多焊縫中,橋殼與半軸套管的環縫焊接時關鍵,直接關系到汽車的行駛安全和乘客及司機人身安全。因此,保證焊接質量是十分重要的。

按使用功能劃分,車橋分為驅動橋、轉向橋、轉向驅動橋和支持橋四種,如圖1所示。驅動橋的作用將發動機傳出的驅動力傳給驅動車輪,實現降速增扭的作用,同時改變動力傳遞的方向。轉向橋利用轉向節的擺動使車輪偏轉一定的角度以實現汽車的轉向,同時承受車輪與車架之間的垂直載荷。轉向驅動橋具有轉向和驅動兩種功能。既具有一般驅動橋的基本部件,還具有轉向橋特有的主銷等。支持橋屬于從動橋,即無轉向又無驅動功能的橋。

驅動橋.jpg     轉向橋.jpg

a. 驅動橋                                b. 轉向橋

轉向驅動橋.jpg     支持橋.png

c. 轉向驅動橋                             d. 支持橋

圖1 汽車車橋分類

    1.2 車橋焊接工藝流程

       驅動橋是汽車的關鍵部件之一,其焊接質量的好壞關系到汽車的安全性問題。它不但要承重和傳力,還要承受由動載荷和靜載荷所引起的較大的彎矩和扭矩,為此要求后橋具有足夠的強度、剛度和韌性,這就對后橋的焊接質量提出了很高的要求。汽車后橋由半橋殼、固定盤、后蓋、法蘭盤、半軸套管及雜件等幾部分焊接而成,如圖2所示。其焊接工序如下:

 部件組成.png

圖2 汽車驅動橋部件組成

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二、 橋管與軸頭組焊的焊接工藝

    2.1 部件工藝要求

      在橋殼眾多焊縫中,變形軸管與橋殼的兩條環焊縫尤其關鍵,它與驅動橋殼形成一體,使左右驅動車輪的軸向相對位置固定,一起支承車架及其上的各總成質量,同時在汽車行駛時承受由車輪傳來的路面反作用力和力矩,并經懸架傳給車架。使用臥式氣動夾緊工裝,軸頭與橋管夾緊后,中心不得有傾斜現象;焊縫要求,無未熔合、裂紋、氣孔等缺陷,滿足熔深和疲勞韌性要求。

    2.2 解決方案

        1)母材材質及坡口形狀

      目前汽車車橋所用材料多為低碳鋼系列,以20鋼為主,其C和其它提高淬透性的合金元素含量較少,淬硬相比較少,冷裂傾向較小,焊接性好。

軸管的厚度在7-15毫米左右,對接焊縫坡口采用窄間隙坡口形式,減少焊縫金屬的填充量,提高焊縫組織的晶粒度和焊接效率。坡口形式如圖3所示。β角度在3度左右,R在8毫米左右。

焊縫坡口.gif                    1541984677(1).jpg

     圖3 焊縫坡口形狀                                圖4 Artsen PM系列焊機

        2)采用麥格米特Artsen PM 500F逆變數字焊機和環縫專機設備。

      Artsen PM系列焊機是面向專業用戶設計的全數字IGBT逆變CO2/MAG/MIG多功能焊接電源,脈沖焊接的各階段參數,根據不同的工況進行微調,可獲得更優的焊接質量,高速全數字控制,監控熔滴過渡的每一個階段,精確實現“一脈一滴”,從而獲得穩定幾乎無飛濺的焊接。焊機如圖4所示。

車橋軸頭雙環縫自動焊接設備,安裝兩把焊槍,并同時焊接。PLC控制,自動實現擺動,提升和跟蹤功能。帶有自動夾緊功能,保證工件安裝尺寸。專機圖片如圖4所示。

雙環縫.jpg    焊縫1.jpg 焊縫2.jpg

圖5 車橋軸頭雙環縫自動焊接專機                      圖6 車軸軸頭環焊縫

      產品焊接工藝參數:焊接層數3層,電流范圍240-270A,電壓25-28V,焊接速度0.5M/Min,焊絲直徑1.2,保護氣體80%氬氣和20%二氧化碳,焊絲型號ER50-6。焊縫照片如圖6所示。

    2.3 效果對比

       麥格米特Artsen PM系列焊機可實現與機器人、專機配合,通過模擬或者數字兩種通訊方式,實現焊接控制。滿足其自動化要求。焊縫表面及周邊沒有飛濺顆粒,焊后工件表面不用清理。焊縫探傷檢測,合格率99%。疲勞韌性滿足客戶要求。

三、軸座與軸的焊接工藝

    3.1 工藝要求

       焊縫高度8mm;焊縫均勻,無裂紋、氣孔、夾渣、咬邊等缺陷;預熱溫度150—200℃;熔深大于0.5mm,焊縫洛氏硬度小于78HB,熱影響區洛氏硬度小于83HB。焊接工序質量參數:電流260—300,電壓28—31,焊絲直徑1.2,材質為ER70S—6,80%氬氣和20%二氧化碳混合氣體,氣體流量18—25L/Min,直流反接,干伸長15—20mm。工件焊接位置,如圖7所示。

位置圖.png

圖7 軸座與軸焊接位置圖  

    3.2 解決方案

      客戶早先使用的焊機是晶閘管焊機,電流類型是直流,電流在260時,飛濺大,工件表面有大顆粒飛濺物,焊后需要清理。現采用麥格米特Artsen PM 500F焊機,利用脈沖模式,實現焊接過程中無飛濺焊接。現場焊接圖,如圖8所示。

現場圖片.jpg 

                                                                                                  圖8 軸座與軸焊接現場

    3.3 效果對比

      與之前的直流焊機對比,飛濺量減少了80%以上,整體焊接效率提高30%。減少打磨的勞動強度。焊縫合格率在98%以上。

四、車橋加強環及橋殼蓋焊接

    4.1 工藝要求

     在橋殼眾多焊縫中,變形軸管與橋殼的兩條環焊縫尤其關鍵,它與驅動橋殼形成一體,使左右驅動車輪的軸向相對位置固定,一起支承車架及其上的各總成質量,同時在汽車行駛時承受由車輪傳來的路面反作用力和力矩,并經懸架傳給車架。使用臥式氣動夾緊工裝,軸頭與橋管夾緊后,中心不得有傾斜現象;焊縫要求,無未熔合、裂紋、氣孔等缺陷,滿足熔深和疲勞韌性要求。

    4.2 解決方案

     在橋殼焊接作業中,橋殼后蓋先點焊固定,然后通過變位機帶動橋殼后蓋圓周旋轉,變位機傾斜45度,焊槍居中。從工藝角度分析,產生缺陷主要有以下幾個方面:1)焊接參數不合理,電流電壓過低,導致未熔合或者熔深不足;2)焊接速度過快,熱輸入過小,導致未熔合或者熔深不足;3)橋殼蓋在進行裝配后蓋外圓與中間定位孔同軸度不好,導致焊槍偏離焊縫,產生一邊未熔合或者熔深不足的缺陷。橋殼蓋焊接示意圖,如圖9所示。

橋殼.png  橋殼示意圖.png

圖9 橋殼焊接示意圖

       根據客戶工藝需求,此焊縫焊接采用麥格米特Artsen CM 500直流焊機。該系列產品搭載“特殊能量控制的短路過渡”控制工藝,該工藝通過實時控制焊接電流和電壓,調節熔滴過渡特性和熔滴形狀,從而改善焊縫成型,提高焊接速度,減小焊接飛濺。

現場橋殼.jpg 橋殼焊接.jpg       

圖10 客戶現場橋殼焊接照片

      焊接工藝為,焊接電流300—320,電壓29—32,焊絲直徑1.2,材質為ER70S—6,80%氬氣和20%二氧化碳混合氣體,氣體流量18—25L/Min,直流反接,干伸長15—20mm,焊接速度420mm/min。

    4.3 效果對比

       Artsen CM 500焊機,比普通焊機提供更穩定的焊接電流電壓輸出,電弧的穩定性和抗干擾性更強。在焊接碳鋼中厚板時,能夠實現飛濺量較低,熔深較深的焊接。能夠與機器人或者專機配套。產品的合格率在99%以上。

五、車橋凸縫盤焊接

    5.1 工藝要求

      車軸上的兩個固定環,四條環角焊縫同時起弧焊接。要求熔深大于2mm,焊腳尺寸大于10mm,焊縫平整光滑,無咬邊、裂紋、氣孔、未焊透等缺陷。固定環的自動焊采用Artsen Plus 500P系列焊機,4槍同時焊接設備。具有快速到位、自動調節的功能。該專機如圖11所示。

四槍環縫.jpg 

圖11 四槍環縫焊接設備

    5.2 解決方案

      麥格米特Artsen Plus系列焊機具有電弧挺度高、指向性好、焊接電弧穩定、抗干擾能 力強等特點;可實現多槍同時焊接,解決了以往多槍同時焊接時發生干擾問題。電弧壓力提高,焊接熔深比普通脈沖熔深大。焊縫成型及熔深尺寸如圖12所示。該系列電源還具有熔滴尺寸均勻,弧長短而穩定,熔池擾動低,氣孔概率小等特點。圖13對比了該電弧與普通電弧的區別。此外該系列電源大幅降低對焊接外件的損耗,延長了導電嘴的使用壽命,由原來的一天換一次,提高到3天換一次;噴嘴清理的次數也由原來的半天清理一次,提高到現在2天清理一次。

焊縫.jpg 熔深.jpg    

圖12 焊縫成型及熔深尺寸


 普通脈沖.png      短弧脈沖.png        

                                                                                       a. 普通脈沖                b. 短弧脈沖

圖13 Artsen Plus焊機短弧脈沖與普通脈沖對比 

    5.3 效果對比

      該四槍專機系統,采用了麥格米特Artsen Plus焊機,不僅解決多槍干擾問題,而且給客戶生產提高了效率,減少了易損件的損耗。導電嘴和噴嘴等物品的損耗量降低3到4倍,焊縫的合格率幾乎達到100%。

六、總結

      采用上述麥格米特焊機和焊接設備,使汽車后橋的生產批量增加,焊接質量大大提高;不僅改善了工人的作業環境,而且降低了工人勞動強度,節約能源,減少材料消耗,降低生產成本。麥格米特一直致力于不斷滿足與超越客戶的期望,不斷加大對研發的投入和持續創新,提供盡善盡美的技術和產品,為客戶提供最佳解決方案。


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