李萌浩金超
长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，河北保定 071000
摘要：在汽车中，副车架作为汽车悬架的重要组成部分，同时也是汽车中底盘零部件的关键零件，它的焊接工艺是和它的整体质量有着密不可分的关系的。本文就对汽车中的副车架的焊接定位和其焊接工艺进行深入的探讨。
关键词：汽车；副车架；焊接工艺
中图分类号：TG44 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)60-0100-02
1 前副车架的分类
按照前副车架的结构形式可分为2大类。
1.1 整体开放式结构
焊接件的大块为大板型的结构，多为冲压板件合成焊接，承载和传递主要的负荷，其组成中有带稳定杆的
连接支架、摆臂安装支架、转向器安装支架、差速器支架等结构件，完成前副车架的功能性作用，安装时四周辅以衬套管或衬套管支架与车身装配连接。
1.2 框架式封闭结构
在前副车架主体上增加前横梁、纵梁，以增加防撞吸能的功能，功能更强。广泛用于SUV的车型上，实际上是第一类前副车架的一种变型。
2 副车架制造工艺分析
2.1 工艺流程
在工艺流程和工序编排上，副车架架构清晰，分总成少，生产线多采用主体式一字线流水布局，过程清晰、分支少、过程稳定，过程能力指数ＣＰＫ值高，有着很强的过程稳定性。焊装工艺流程为：分总成焊接→主体焊装单元1→主体焊装单元2→主体焊装单元3→主体焊装单元n→焊后处理单元→补焊清渣单元→检测单元→成品打标。
2.2 焊接工艺成型要点
2.2.1 副车架主体是大板冲压件的合成焊接，主体关键焊装工序采用上下板扣合的方式，先行将上下板
扣合后进行焊接，上下板形成一个整体，因此焊接工艺采用焊接完成后待其有一定的焊接伸缩，释放部分的内应力，再与其他零件进行焊接。
工艺上要考虑焊接变形的影响，这种零件往往在上下板搭接处形成一条长焊缝，有的多达1ｍ，甚至更长。焊接完成后焊接变形不可避免，焊接变形按下式进行估算计算。
式中：k1为修正系数，与焊接方法和材料有关，见表1；aw为焊缝截面积，mm2；L为焊接长度，mm；A为构件截面积，mm2；△Ｌ为纵向总收缩变形量，mm。
表1 纵向变形计算修正系数
k1
整个副车架板厚多在2~4mm，焊接工艺规范采用薄板焊接工艺，假设在工件长度1ｍm情况下，取3mm的板厚，焊缝截面积4.5mm2，计算结果见表2。
表2 计算结果
收缩量会达到2mm，这在工程上是不可以接受的。焊接后的纵向变形量到2mm，严重的在1m长度的工件变形量至3~5mm，是焊接工艺中最不易把握的。
为防止过大变形，在工艺上采用如下方法：
（1）目前先进的方法是采用机器人自动焊接，保证各工序生产时间的准确性，从而保证产品的一致性，焊接变形的稳定性，为采取反变形的措施提供可实现性。
（2）对于长焊缝，先定位焊，再组装，最后采用分段跳焊的方法减少焊接变形。
（3）此道工序焊接完成后在生产节拍允许情况下，预留冷却时间，增加冷却工位，采用焊后冷却方式，释放焊接内应力，保证下道工序的焊接。
（4）夹具的设计采用强力压紧方法。缸径80cm以上气缸或者出现液力夹紧限制变形的情况，可采取反变形的方法，对于工件的挠曲变形，会给予在变形量的基础上加大一定的预变量予以实现，在强度许可的情况下，产品设计上采用点焊的工艺方法来有效地降低焊接变形的发生。
（5）采用焊后处理的工艺。
（6）产品基准的保证措施。产品的基准在衬套管上，最终的装配通过衬套管或衬套管支架装配到车身上，有些轿车副车架产品与车身连接的硬点多达5个，工艺上采用与车架连接的衬套管在最后的一道焊接工序形成，从而保证产品基准的可靠性，避免多道焊接过程的影响。对此而言，整个车架的装配基准在最后一道序形成，先期焊接零件定位基准发生转移，因此不可避免会形成尺寸误差，某些产品在设计上采用了多层冲压件的叠加，甚至有４～5种冲压零部件形成了最后的产品基准，尺寸链的累计误差先天不足，因此产品结构设计应避免此种情况的发生。在产品设计上考虑基准的形成，留有中间过渡的转接件，焊接制造工艺成形中，工序的编排将累计误差给中间的转接件，避免传递给最后的装配基准。国外的产品设计的先进方法更是将整个产品的设计、制造、检测的基准图示在产品图中，更加一目了然，设计与工艺关联考虑得更为充分。
2.3 上下板之间有内撑管，管孔与上下板对应孔贯穿
在工艺上要保证上下板对应孔位置度，夹具设计采用二次装夹成型的方法，有时甚至需要在上下板主定
位基准一致的情况下，上下板其他孔位只能依靠冲压零部件本身的精度来实现，对位置度的保证有一定的风险，后续的检测提出了更严的要求，甚至在产品设计上需要更严谨的充分考虑。
2.4 螺母的焊接
点焊螺母的焊接具有高效、快速的特点，但受工艺条件的影响较大，弧焊螺母在螺母尺寸较大情况下采用，具有焊接强度可靠的特点。上下板内藏式的焊接螺母，工件总成焊
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3.5 超声波法
超声波法处理焦化废水是近几年比较迅速发展的一项处理技术。超声波是一种频率很高的声波，它具有穿透力强、方向性好、易于集中声能的优点，它能够以液态物质为媒介进行传播，当集中的声能达到一定程度时，可以形成存在时间为0.1μs的空化核。这一空化核在爆炸时能够瞬间形成局部高温（4000K）高压（100MPa）的环境，产生冲击力很强的微射流，速度可达110m/s。可以将难降解的有机物包裹在这一空化核中，当微射流形成时的高温高压可以使得有机物的发生一些列的裂解反应。使用电解氧化法处理含酚废水的结果表明，不使用超声波时，可以将1/2的酚降解，当使用104W/m2、25kHz的超声波进行降解时，可将80%的酚降解
3.6 A/O法
此法处理流程主要由预处理、生化处理和后处理三部分组成。预处理包括除油池、气浮池和调节池等；生化处理包括厌氧反应器、缺氧池、好氧池、中沉池、和二沉池等；后处理包括混合反应池、混凝沉淀池和过滤器等。预处理的主要目的是去除废水中的油类物质和较大颗粒的悬浮物，同时去除部分COD。主要有：平流隔油池、气浮装置、调节池等处理设备。预处理后废水与二沉池回流上清液一起均匀地进入生化处理工段。生化处理采用内循环工艺，主要目的是去除COD和氨氮及硫化物、、酚等有害物质。利用微生物的新陈代谢，降解污水中有毒有害物质。A/O生化池主要有缺氧池、好氧池、二沉池、风机房、药剂制备间、回流泵房等，以及相应的监控系统和必要的检化验设施。后续深度处理主要是絮凝沉淀，进一步降低原水中生物不能降解的部分。生化池剩余污泥、混凝沉淀池底排泥浆至浓缩池经泵加压去污泥脱水间脱水。
4 经济分析
汽车的活性污泥法的投资费用为100万元/座，运行费用为6元/t。
A/O法的投资费用为800万元/座，运行费用为10元/t。
A2/O法的投资费用为1000万元/座，运行费用为12元/t。
A2/O2法的投资费用为1200万元/座，运行费用为14元/t。
通过数据比较我们得知，活性污泥法、A/O法工艺比较简单，前期投入比较少，但是处理后各项指标（CODcr、氨氮、总）不能满足国家污水排放的标准，建议进行舍弃；A2/O工艺目前使用的比较广泛，处理效果较前两种理想，但该工艺受外界条件影响较大，对水质要求严格，处理系统不是很稳定，适应能力不足，建议进行改进；A2/O2处理工艺比较成熟，净化效果比较好，各项数据基本满足国际排放标准，建议广泛推广。
5 总结
目前看来，焦化行业一直以来都是经济社会现代化建设中的重污染行业。焦化行业在迅速发展的同时也给整个自然环境带来了极为不利的影响。这就需要加强对焦化氧化废水的处理，可以考虑多种处理技术，根据处理效果、运行费用进行合理处理技术的选择，让焦化废水处理更符合我国国情，有更大的发展前景。
参考文献
[1]李恩超，侯红娟，董晓丹.焦化废水中苯胺和萘等物质在
厌氧条件下去除规律的研究[J].宝钢技术,2009(03).
[2]马艳霞，李富元.焦化生产废水处理工艺的选择[J].科技情报开发与经济，2011（05）.
接完成后不可返修，若螺母损坏即可造成总成件的报废，损失巨大，失效不易探测，对焊接工艺的可靠性有着更高的要求，产品设计上应竭力避免此种结构，尽量采用螺母外露型的结构。
2.5 焊接工装的设计
必须实现焊接时焊的可达性，保证焊在任意工作站内焊接都能进行，焊与夹具，焊与电气、气动装置，焊与工件无干涉。在考虑焊可达性的同时，保证焊具有良好的姿态，良好的焊接姿态是保证熔深的前提，也是保证焊接强度的前提，在极端情况下，甚至只能采用增加焊接工位的办法来保证焊姿态。
3 副车架焊接变形预测
副车架形状复杂，因此将副车架整件的焊接分为3个工位，第Ⅰ工位为副车架支承管总成的焊接，第Ⅱ工位为副车架上下片的焊接，第Ⅲ工位是将副车架支承管支架总成与副车架上下片总成的焊接。
由于每一个工位上的零件不同，夹具也就不同，即约束不同，在进行仿真计算时，要按照实际焊接步骤模拟各个工位的焊接，得到焊接变形大小，与实际制造的状态对比，这样是借助实际变形来判断模拟方向是否正确，是否漏掉导致变形的重要因素；如有偏差需要对计算模拟模型进行分析优化；二者匹配后，
再针对每个工位的焊接残余变形量决定是否对其进行优化。在实际生产过程中，要合理分配每一工位的制造公差和焊接变形公差，最后在总拼合焊接时才能保证副车架整件的焊接变形可控。
目前，国际上出现的预测焊接变形的主要方法有热弹塑性法和固有应变法。其中，热弹塑性法是在焊接热循环过程中通过一步步跟踪热应变行为来计算热应力和应变的，采用这种方法可以详尽地掌握焊接应力和变形的产生及变化趋势，随着大型有限元软件的开发，这种方法被越来越多的焊接工作者采用。固有应变法是近10几年来发展较快的方法，由于其方法简便，计算效率高，特别适合于大型结构焊接变形的预测，但固有应变法的缺点是不能跟踪每一步的焊接应力和应变，其变形结果为焊后最终焊接变形，并且固有应变法不能体现焊接顺序和焊接方向对应力和应变的影响，因此固有应变法大多用于大型结构件焊接变形的预测。
众所周知，焊接工艺参数对焊接变形的影响较大，但是对于副车架这样批量生产的结构件，其焊接工艺已相当成熟，如果要改变焊接工艺参数，那么需对新的焊接工艺参数进行评定，既费时又费力；而选择改变焊接顺序及方向的方法控制焊接变形，不会遇到改变焊接工艺参数所带来的问题。
由上可知，副车架本身焊后的变形量已达要求，即制造工艺基本没有问题，但是由于副车架焊后是不加工的，再加上零件冲压和定位系统公差、焊接制造过程中累积误差，可能会导致生产线的过程能力指数（Cpk）较差，产品质量不符合正态分布。
4 结语
另外副车架在焊接工作中，焊接过程中的受力是非常复杂的，通常会出现不同的问题而阻碍焊接工作的顺利进展。在副车架焊接工程中，需要对每个细节都深入了解和分析，选择合理的焊接工艺，从而保证汽车的整体质量。
参考文献
[1]陈祝年.焊接设计简明手册[M].北京：机械工业出版
社,2009.
[2]刘莉.焊接工艺学[M].北京：机械工业出版社,2010.
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