车架疲劳断裂损坏的焊接修复

作者：江门汽车修理厂 陆刚    来源：AI汽车制造业

欢迎访问e展厅 展厅 4 汽车与公路设备展厅 乘用车/客车, 电动/混合动力汽车, 卡车/货车, 专用车, 交通安全设备, ... 车架是汽车的主要承载件，无论汽车处于静态还是动态，都要承受相应的载荷，很容易产生弯曲变形、甚至断裂。为此，对车架的焊接修复至关重要，而所采用的修复方法、修复要点及焊接工艺等内容对保证汽车焊接质量和安全运行起着非常重要的作用。 车架疲劳断裂损坏的原因分析 车架是汽车装配的基础，汽车的绝大部分部件和总成其位置都是通过车架来固定的。因此，车架是汽车的主要承载件，汽车处于静态时，车架所受载荷为静载荷。它包括车架和车身的自身质量及安装在车架上各总成与附件的质量，有时还包括乘客和行李的质量。汽车处于动态时，车架承受的载荷为动载荷。 汽车在平坦的道路上以较高车速行驶时会产生垂直动载荷，它的大小取决于作用在车架上的静载荷及其在车架上的分布，同时，还取决于静载荷作用处的垂直加速度值。受这种载荷作用，车架会产生弯曲变形。汽车在崎岖不平的路面上行驶时，前后几个车轮可能不在同一平面上而产生斜对称动载荷，这主要是汽车在不平道路上行驶产生的。其大小取决于道路不平整度以及车身、车架和悬架的刚度。受这种载荷作用，车架也会产生扭转变形。 另外，由于汽车的使用工况不是固定的，而是受道路、气候条件及其它因素影响而产生相当频繁且无规律的变化。因此，车架所受动载荷除以上两种外，还将承受其它一些动载荷的作用。例如，当汽车加速或制动时，会导致车架前、后部分的载荷重新分配；汽车转弯时，离心力将使车架受到侧向力的作用；经常行驶于坏路的汽车，还承受冲击载荷的作用等；当前一轮正面撞在路面凸包上时，将使车架产生水平方向的剪切变形；安装在车架上的各总成工作时所产生的力等；这些无规律且不断变化的载荷引起车架变形的形式和状况也是随机的。因此，车架的基本变形除纯弯曲、纯扭转变形外，还有弯曲与扭转的复合变形。通常，车架承受的是无规律的交变重复载荷，车架的损坏主要是疲劳损坏，其主要形式是断裂，而疲劳裂纹则起源于纵梁或横梁的边缘处。 车架的焊接修复事项 发现纵、横梁开裂应及早修理，避免裂纹扩展，增加修理难度，甚至引起相关零件的损坏。焊修时，裂纹处用锯条开槽，再凿开坡口凹槽，之后在裂纹尽头钻小孔，然后用电焊修复。焊条强度与材料强度相适应，焊补时不得有气孔及缺陷；焊补后边缘处应仔细修磨光滑，必要时可再添一块加强板贴焊或铆上。车架铆钉松动时，先用扁铲和手锤将旧铆钉除掉，然后将铆钉加温后重新铆合。若无铆合条件，可用M12细牙螺栓装上(涂厌氧胶)拧紧，以防松动。 车架的修复常是通过对有关部位的模形区域进行加热来实现的(使用乙炔焊炬)。加热后，此区域温度约为600℃～680℃。经过加热的部位，不可再加热，而应任其慢慢地自然冷却，不能用水、压缩空气等加速冷却。对车架纵梁弯曲处上、下表面上的模形区域进行加热，可校正车架的侧向弯曲。位于两个模形区域之间的车架纵梁侧面，也应予以加热，但应在最后进行。对车架纵梁侧面上的模形区域进行加热，可校正车架垂直方向的变形。如果车架向下弯曲，模形加热面应在下部，反之则应在上部。在车架纵梁上与该加热面相连的矩形区域也应予以加热，但应在最后进行。在对车架进行焊接修复前，应先拆下蓄电池负极的接线，并将焊机的地线直接连接在待焊件上，对焊接部位附近的非金属件应拆去或施以保护。焊接只能由受过专业培训的焊工进行，以确保焊接质量。 焊接时,先去除焊接部位的油漆和氧化层,沿着整个损坏长度,在纵梁的内表面切割出60°的V形断口。焊接前加热待焊接的部位，然后用干燥的碱性焊条分几次进行电弧焊，或用适当的材料施行MIG-MAG焊(金属焊条惰性气体保护焊)。同时，应避免超负荷焊接，焊缝上不应有毛边和熔渣。焊接部位需缓慢而均匀地冷却，不可用压缩空气、水等加速冷却，之后用砂轮磨去多余的焊料。另外，只能用与车架材料性能相同的角钢作为内加强板，角钢只能固定在纵梁的两个垂直面上，固定的方法可以是焊接，也可以使用骑马钉、螺钉或铆钉。在纵梁外形有变化的区域，或在应力集中的地方，严禁切割。在对车架进行焊接、钻孔、磨削和切割时，如果附近装有制动管路(尤其是软管)或线束时，应采取必要的保护措施，或将它们拆除。对所有修复后的零部件，均应采取防氧化或防腐蚀的措施。在对有关零部件实行油漆等防护措施时，严格遵守油漆制造商的规定。 车架的焊接修复要点 车架变形较大时，可用专用工具设备冷校。车架裂损可用扁铲在其裂痕处铲出V形凹槽坡口，并在裂纹尽头钻小孔，然后再用电焊条焊好。焊条强度与材料强度相适应，不得有气孔及缺陷，边缘处应修磨光滑，焊后再添一块加强板贴焊或铆上。发现车架裂损应及早修焊，避免其扩展，以增加修理难度，甚至引起相关零件损坏。轿车车架的校正可借助一些车体校正装置，它们可在轿车车体不解体的情况下，通过测量车体上规定点的三维坐标值并与标准值进行比较，找出车体的变形，然后用附带的拉、压装置进行校正。汽车车架的纵、横梁在检测过程中若发现裂纹或断裂，连接纵、横梁和装置件的铆钉错位、松动或断裂等，应予以修补或铆接。就车架纵、横梁的修理方法而言，有挖补、对接、焊补与帮补等。 车架挖补修理是将纵、横梁裂纹的部分挖掉，然后用对接焊的形式焊补一块材质及厚度与原来车架相同的嵌接钢板。采用挖补修理时，首先要清除车架上的旧漆层及锈蚀，检查出裂纹的大小和方位，然后根据裂纹的性质和部位，确定挖补的形式与大小，并采用手工气割的方法切割出挖补孔。修理中常采用的挖补形状有椭圆形、三角形、菱形、矩形等。一般情况下，挖补孔应能将裂纹全部除去。对车架纵、横梁上、下平面和侧面上出现的横向裂纹，纵梁侧面上的纵向裂纹或纵梁断裂，都可采用椭圆形或三角形挖补进行修理。车架纵、横梁侧面上出现横向、纵向裂纹时，可以考虑用菱形或矩形挖补进行修理。 车架纵梁上的某一段, 尤其是纵梁前、后端1.5mm范围内出现完全断裂或裂纹比较集中时，可将失效段(端)截去，采用对接形式焊接一段与截去段(端)完全相同的新梁(端)。对接焊补分为斜口对接和平口对接两种，一般不允许对接修补时的焊缝方向与车架纵梁的棱线垂直。采用对接焊补时，车架的切割、焊口处理、焊接规范与要求等，均与车架的挖补修理相同。但应注意的一点是，对接段与原纵梁点焊连接后，应检查纵梁上平面及侧面的纵向直线度误差，焊接完毕后再行检查。若某种车型的特定车架部位出现规律性的裂纹或断裂，说明该车架设计或汽车的使用有问题。若是车架设计缺陷，则除对裂纹处正常修理外,还应在此部位焊接加强板，即帮补修理。采用帮补修理时,选用的加强板材质应与原车架相同，厚度可略小于而绝不可大于原车架钢板。加强板形状既可为三角形，也可为其他形状,其长度一般应大于纵梁高度的2倍。为使修理后车架纵、横梁的局部刚度过渡平缓，需避免加强处与原车架其他处刚度相差悬殊而出现应力集中造成新的断裂危险,一般加强板两端的尺寸应逐渐减小。加强板的焊接规范和工艺与车架采用挖补修理法时相同。为防止刚度增加过多,可采用分段间断焊。 在汽车车架焊接修理中，发现铆钉大部分失效或车架因肇事、运行条件恶劣而存在严重变形，在不解体条件下纵梁校正困难时，可考虑采用车架解体的方法进行修理。这时，车架的铆钉均需清除后重新铆接。去除旧铆钉的方法很多，有气割法、钻除法、剪除法、錾除法等。无论采用哪种方法，都应注意不损坏车架和铆钉孔。旧铆钉孔磨损不大于0.5mm时，可不必修整；若超出此尺寸但小于2mm，可酌情扩孔并采用大一级的铆钉铆接。一旦旧孔的磨损大于基本尺寸2mm后，应填焊旧孔后再重新钻孔。 车架的焊接工艺 1. 车架的焊接方法 车架纵梁断裂的修补与加固应视其裂纹的长短及所在的部位，采取不同的修理方法。 （1)当裂纹较短且在受力不大的部位时，可直接用电火花焊修。焊修时应在裂纹的末端钻直径5mm的止裂孔，以消除应力，防止裂纹扩展(如图1a，虚线为砂纸打磨范围)。沿裂纹开焊修坡口，坡口为90°，深度为纵梁厚度的2/3(如图1b)。堆焊高度应超出平面l～2mm，焊后用砂轮或锉刀打磨平整，保证焊缝刚度基本一致，以减少焊修表面的应力集中。 （2)当裂纹较长，但未扩展至整个横断面，且在受力不大部位或已达受力较大部位时(车架中部)，均可采用三角形腹板加焊于裂纹处(如图2)；或将纵梁损坏处按三角形(菱形、椭圆形、矩形)腹板形状切除掉，然后以同形腹板嵌入焊接。后一种焊修方法刚度变化比补焊小，应优先采用椭圆形挖补，嵌入钢材的厚度、材质应与纵梁材质相同。 （3)当裂纹已扩展到整个横断面时或虽未达整个横断面，但在受力最大的部位时，可采用角状及槽状加强腹板，并对翼面和腹面同时加强。 （4)加强板的厚度应不大于原车架钢板的厚度，且材质应相同。加强板的长度应根据焊缝大小及部位而定，受力较小处其长度不得少于390mm；裂纹大同时又处于受力较大处，则应增加加强板的面积和长度，其长不小于660mm。为了减小应力集中，加强板的端部应做成逐渐减小的斜角形，其弯角圆弧半径应不大于纵梁圆弧半径。 （5)加强腹板可铆接或焊接。如用铆接，应尽量利用原来的铆钉孔；如用焊接，为减小焊接部位的应力集中，并具有一定的挠性，应注意下列事项：在受力大部位焊加强腹板，要注意焊接应力对纵梁的影响，可采用加强板焊接的方法（如图3），加强板比纵梁边缘宽2.5t(t为车架纵梁厚度)，并把焊缝焊成凹形。 （6)车架上焊缝长度大时，应采用断续分段焊法(如图4)；加强角钢与纵梁翼面边缘相重合时，在重合处及弯角圆弧处不要施焊，焊缝距边缘不焊处约20mm（如图5）；加强板高度如不大于纵梁高度时，在两板搭接处不施焊，并使焊缝边缘有一定距离（如图6）。 （7)又焊又铆时，应先焊后铆。焊缝不能搭接交叉，坡口处应为凸焊缝，搭接处为凹焊缝。 （8)寒冷季节，应将焊接部位预热至20℃～50℃，以防炸裂；焊后缓慢冷却，清除焊渣，用砂轮、锉刀等工具修整焊缝。 2. 焊接修复工艺程序 （1）焊前准备。将车架裂缝周围的脏物、杂质用钢刷清除干净，使其露出金属光泽。然后，检验校正车架，使其保持固有直度并作暂时固定，再选用直径为3.2～4mm的低碳钢焊条及交流电焊机(最好用直流电焊机)。 （2）焊补工艺。将断裂车架水平固定在反转架上，对1～ 1.5mm的断裂缝隙无须在车架断裂处开槽修补，应用尽可能短的电弧进行双面成型焊接。焊条直径为3.2mm，电流为l10～130A。如果汽车运行过程中出现断裂现象，应采用“就车复位弧焊工艺”。当横向断裂为1/3左右时，在裂口处用凿子修切出V型焊道坡口，其深度为纵梁厚度的2/3。施焊时，先将开槽处填平，然后将加固板焊接在车架上。施焊方向为顺向，只焊接加固板的顺缝位置，焊条直径为3.2mm，电流为110～130A。腹板材料及厚度与原车相同，长度不短于120mm，宽度为75mm。腹板与纵梁焊接时，焊缝周围亦应预先打磨。实践表明，用这种方法补焊不影响汽车的正常运行，断裂部位的布置不受限制。只是施焊时，需采取除去油箱燃油等一些防护措施。 当梁的断裂深度为2/3左右时，同样修切出V型口，采用三角形修焊工艺，V型板材料用旧大梁(最好用车型相同大梁)。焊接三角形腹板时，先将腹板放在裂纹对称的位置校正，点焊三四处，然后沿周围焊牢，焊条直径为3.2mm，电流为90～120A。梁断裂深度达3/4或者更严重时，采用X型补焊工艺。施焊时，先将原裂纹点焊，然后将车架裂纹处也相应开成三角形切口，采用一面开V型坡口，两面焊接的方法，要求焊透。 （3）弯、扭曲变形处理。如果发现车架有较大的弯曲或扭曲变形，可做以下处理：卸下车架，用细钢丝绷在车架前后横梁中心作为基准线，把细钢丝交叉绷在左右纵梁的对应铆钉或铆钉孔上，检查交叉点是否落在车架中心基准线上。如交叉点与中心基准线相差不超过3mm，可认为达到技术要求，否则，可用夹具进行校正。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (7/5/2010)