PLC控制下汽车车桥焊接工艺研究

　　汽车车桥作为汽车底盘行驶系中的重要组成部分，受力复杂，它不但承重和传力，还承受巨大的动载荷和静载荷所形成的弯矩和扭矩，为此要求后桥有足够的强度、刚度和韧性。在众多焊缝中。桥壳的焊接质量是直接关系到汽车的行驶安全和乘客及司机人身安全。因此保证后桥的焊接质量是十分重要的。

　　1 焊接性分析

　　1.1 材料焊接性

　　目前汽车车桥所用材料多为低碳钢系列，以20钢为主，其化学成分(质量分数，%)为：0.17.o.23C.0.17~0.37Si，0.35~0.65Mn，Cr

　　在冶炼过程中对S的含量又进行了严重控制，这就保证了具有较大的Mn/S值.降低低熔点共晶物形成的几率，对热裂纹有很好的抑制作用。因此这种材料的焊接性相对较好。焊接冷裂、热裂倾向较小.常规的焊接方法均可应用于此材料的焊接。但是，考虑到生产效率问题。现在汽车车桥的焊接方法基本多采用CO：气体保护焊。

　　1.2 工艺可行性

　　CO2气体保护焊作用一种高效的焊接方法已在下程生产上得到广泛的应用。C02气体保护焊的电弧穿透力强。生产率比焊条电弧高l～3倍;CO2气体保护焊采用短路过渡技术可以用于全方位的焊接，对于薄壁构件焊接质量高，焊接变形小，焊接速度快;CO2气体价格便宜，且焊前对焊件处理可从简。其焊接成本只有埋弧焊和焊条电弧焊的40%～50%;CO2气体保护焊易实现机械化和自动化，在汽车焊接中还可减少对设备、场地、工装夹具的多次投入而减少成本，提高生产效率;抗锈能力较强，焊缝含氢量低。成一体，其结构如图l所示。由于汽车车桥在整车中不但要支撑车身，还要传递载荷，所以其受力情况比较复杂，为了清楚反映车桥负载状况下的作用情况，对车桥整体进行了应力应变有限元模拟分析，其结果发现，三段式连接的中部连接处应力集中现象较明显。这是由于连接处存在较大的缝隙(为焊接而采用的坡口)。焊接接头的出现本身就破坏了结构的完整性易产生应力突变。而焊接过程又是一个急冷急热的过程，焊缝金属凝固过程为非平衡结晶，大量残余应力无法及时释放，而滞留在结构内部造成应力集中现象。

　　图1 汽车车桥结构示意图

　　从强度计算结果来看.由于加载和结构上的原因，在结构局部地方存在应力集中(最大应力出算结果表明有动荷系数时应力集中现象加大.最大应力值上升，同时疲劳寿命减小。因此对汽车车桥焊接工艺的研究很有必要。

　　3 焊接工艺优化

　　由上述分析可以发现，由于汽车车桥所用材料属于低碳钢，焊接性较好，但由于其结构的特殊性.大量残余应力的存在将诱发焊接缺陷。使材料的疲劳寿命无法满足相应的标准要求，因此对传统的焊接工艺进行优化改造尤为重要。PLC控制技术作为一种新兴的控制技术，由于具有反应速度快、精度高、体积小的优点并已在工业生产上得到广泛使用。为此将PLC控制技术引入CO2气体保护焊过程中，通过PLC精准控制丁艺过程中的起弧、稳弧、息弧，并对与之相配合装夹具进行精确地引导，进而保证焊接质量的可控性和可再现性。经过相应的前期调试试验，对焊接工艺参数进行了相应的优化设计，其最佳的工艺参数范围见表l，焊现位置)问题，在制造过程中应加强工艺保证;计接材料为ER49.1。

　　表1 焊接工艺参数Tab.1 The welding proce鲻parameters

　　4 焊接接头性能分析

　　为了验证PLC控制下C02气体保护焊工艺参数的可行性和最优性，对此参数下的焊接接头进行相应的力学性能和显微组织分析。

　　4.1 硬度分析

　　由于汽车车桥结构的特殊性。在加工、检测过程中很难将其加工成拉伸试件进行拉伸试验，而传统热轧钢的抗拉强度与硬度之间有一定的比例关系，即抗拉强度等于硬度值的3.5倍，所以对焊接接头进行相应的硬度试验.以此近似评价其抗拉强度。图2为焊接接头的硬度分布图。可见其硬度的最大值出现在焊接接头的区域，母材和焊缝的硬度均低于HAZ.而母材与焊缝相对比，焊缝的硬度略高于母材。通过硬度数据分布图可明显发现焊缝处硬度分布比较均匀.通过硬度折换成抗拉强度也达到相应的技术要求，这说明应用PLC控制的自动焊机在给定的焊接工艺参数范嗣内能够有效的控制焊接缺陷。并且很好的解决了未焊透问题.使焊接接头的力学性能达到相应的技术要求。

　　4.2 焊接接头金相分析

　　为了更清晰地揭示焊接接头力学性能变化的根本原因。对焊接接头进行了相应的显微组织分析，其金相图片见图3。可看出，无论是母材、焊缝还是，其组织形态均为P+F，只是两种组织的形态有所区别。在母材中P呈一定的方向性排列.在其晶界散落一定量的F，这为典型的轧制组织：而在焊缝组织中其规则的轧制组织已经无法找到.取而代之的是大量树枝晶和等轴晶;在地皑区域由于位置介于母材和焊缝之间，所以其组织也介于两者之间，只是组织有所粗大。这种组织形态与上述的硬度数据基本吻合，这充分说明PLC控制下的CO2气体保护焊工艺基本可行，而且质量过关。

　　5 结论

　　(1)C02气体保护焊工艺可成功应用于汽车车桥的焊接。

　　(2)PLC控制下的C02气体保护焊工艺，由于采用的精确控制技术，使焊接接头性能得到进一步提高，满足实际生产需要。