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摘 要：汽车车架焊接工艺与工装设计是汽车设计制造过程中的重要环节，把握其要点有助于保证汽车车架的稳固性。在此，本文以某汽车为例，详细解说其焊接工艺和工装设计的注意要点。
关键词：汽车车架;焊接工艺;工装设计;夹具
汽车中的各个成分均是直接或间接安装在车架上的，车架是汽车的主体结构之一，其承受着车体自身质量以及汽车的载货质量，故而对焊接接头变形和焊件强度要求较高，且焊点多，容易出现遗漏、重复的情况，必须在焊接工艺中确定焊接参数，掌握焊接要点，保证优良的焊接质量。另外，随着汽车生产制造规模的扩大和个性化需求的提高，在汽车总装车间，存在多种车型在同一平台上生产的情况，这样就容易出现工装的矛盾，合理进行工装设计，对于降低成本、提高质量具有重要意义。
1.汽车车架焊接工艺分析
某载货汽车的车架采用过梁式焊接工艺，有7根横梁和2根槽型纵梁，焊接成车架的闭式结构，其中，纵梁内部焊接加强纵梁，从而有效提高车架的强度和稳固性。该车架长约6.5m，外宽约0.76m，平面度则要求≤2mm，左右纵梁对角线长度偏差在3mm范围内，板簧支架对角线的长度偏差在2mm范围内。在该车架中，焊接接头有好几百处，接头处的焊缝多，焊缝质量直接决定了车架的稳固性，且还会影响到后续工程的装配。因此，必须提高焊接质量。
由于车架材料为16Mn低合金钢，且材料的厚度均匀适中，焊接性能优，不容易产生裂纹、气孔等，故而也无需进行焊后热处理。由于该车架的横纵梁并不完全对称，故而必须加强横纵梁的焊接以及合理安排焊接顺序，从中间开始焊接，然后对称向两头施焊，这样有助于降低焊接变形性，提高车架的稳固性。
基于上述因素的考虑，决定采用二氧化碳气体保护焊，这种焊接工艺的成本低、且效率高，操作起来非常简单，非常适合自动焊和全方位焊接，但是焊接时不能有风，室内作业最好。另外，二氧化碳气体保护焊的焊缝抗裂性强，焊缝的氢、氮等含量较少。在该车架焊接中，选用NBC-350型号焊机;焊丝为H08Mn2S1A，其直径为1mm;焊接时的电流在170-210A之间，电弧电压在22-26V之间，气体流速控制在10-13L/min，焊接速度为50cm/min。实践经验证明：焊接电流、电弧电压、保护气体流速等焊接工艺参数都会对焊接质量产生重要影响，在施焊前必须进行科学的焊接工艺设计，经过科学实验验证，确定最佳工艺参数，从而取得最优焊接成形效果。
为预防焊接变形，需要合理设计焊接顺序，首先将零部件装焊成组合件，再将若干个零部件与组合件装焊成整体。在这个焊接过程中，或多或少都会出现焊接变形情况，故而应掌握变形的矫正关键点，在关键环节进行矫正。总体焊接流程为：零部件组焊成组合件-焊纵梁内部的加强纵梁-纵梁焊接完成后矫正-大桩定位后进行点固焊-车架的补焊-装配车架-车架矫正-检验-涂装车架。在这个焊接过程中，为降低车架变形性，提高整体车架的稳固性和美观性，需要先进行点固焊，然后再从中间向两端进行对称补焊，接着对其进行矫正，若变形不严重，可采用机械法矫正，变形严重的则可采用加热法矫正。
2.汽车车架工装设计分析
汽车车架的工装设计对整车性能具有重要而直接的影响，不仅影响到车架的制造精度，而且对于车架生产效率起到关键性影响。工装设计是保证焊接质量的前提和基础，是保证汽车设计制造精度的重要因素。工装设计主要是装焊夹具，在工作平台上布置定位件、夹紧件、支座、导向支架等附具，这是用来定位、夹紧结构零部件的机械装置，是保证焊接程序完成的前提。由于车架的零部件中，只有纵梁尺寸较大，其他的较小且很分散，我们不可能将车架分解成若干个小的部件进行组装。另外，车架零部件的刚性强，若在定位夹紧中采用人工方法，不容易实现可靠定位，因此，多需要使用定位块、夹具来夹紧，减轻工人的劳动强度，提高生产效率。由于汽车的型式和种类较多，而焊接时使用的夹具型号多，为保证生产的顺利进行，厂家一般自己生产制造出结构简单、操作方便且实用的夹具。选择定位基准孔、车架纵梁定位夹紧、横梁定位等均是工装设计的要点。
第一，在上述汽车车架中，将左右纵梁上的前轮中心线孔作为定位基准孔。
第二，为减少后续焊接变形现象，并使车架保持其美观性，必须先将纵梁定位好，然后夹紧，对左纵梁的下翼面、外腹面用定位块定位并夹紧;对右纵梁的外腹面和内腹面定位夹紧，外腹面用气缸定位，内腹面则用双头气缸夹紧，使其不会在焊接过程随意变换位置。该车架中有7根横梁，圆管横梁需要穿过纵梁上的横梁孔然后直接焊接到纵梁和加强梁上，故而圆管横梁只需要使用定位块进行侧面定位就好。而槽型横梁的前后以及上下可采用L型定位块定位，然后进行点焊。
第三，板簧采用吊耳孔定位。在焊接施工中，采用二氧化碳气体保护焊接工艺，会产生大量的热，而这些热容易造成焊接变形，且各部件的相互交叉等也会容易造成变形，因此，在车架焊接过程中，必须采用合理方式控制焊接变形。
首先，刚性固定法，使用夹具对有关部件定位夹紧，避免出现脱离定位情况，这种方法在车架焊接中应用最为广泛，且能取得较好效果。如：在车架前后端分别应用推拉夹具定位夹紧，减少焊接变形。
其次，反变形法，就是先预测好焊接结构的变形尺寸以及方向，然后在焊接时给予一个相反方向的变形来抵消焊接产生的变形，使得焊后的构件符合要求，这是车架焊接中常用的一种控制变形方法。但是，由于焊接变形的影响因素多，故而很难准确预测出变形大小以及方向，只能得出一个估计值，需要进行科学试验测试得出准确的数据，然后合理应用反变形法，进而取得较好的控制变形效果。
3.结束语
工装设计与焊接工艺是车架制造中的关键环节，对于车架质量有直接影响。进行恰当的工装设计，合理设计焊接工艺参数，做好焊接变形的控制，解决汽车车架焊接中容易变形的难题。经过安全性测试，该车架的稳固性高，各个技术指标也符合要求。良好的工装设计和焊接工艺能有效提高生产效率，提高车架生产质量，为汽车的后续制造精度奠定坚实基础，使厂家生产出高质量的汽车，提高我国的汽车制造水平。
参考文献：
[1]刘丽斌.汽车车架焊接工艺分析及工装设计[J].中国新技术新产品，2013，（3）：136.
[2]钱学君，胡小建.决策树算法在焊接工艺设计中的应用[J].焊接技术，2009，38（6）：5-8.
[3]李志强，王晓宁，刘军伟等.基于TRIZ理论的汽车总装工装设计[J].汽车工程师，2013，（8）：43-45.
关键词：汽车车架;焊接工艺;工装设计;夹具
汽车中的各个成分均是直接或间接安装在车架上的，车架是汽车的主体结构之一，其承受着车体自身质量以及汽车的载货质量，故而对焊接接头变形和焊件强度要求较高，且焊点多，容易出现遗漏、重复的情况，必须在焊接工艺中确定焊接参数，掌握焊接要点，保证优良的焊接质量。另外，随着汽车生产制造规模的扩大和个性化需求的提高，在汽车总装车间，存在多种车型在同一平台上生产的情况，这样就容易出现工装的矛盾，合理进行工装设计，对于降低成本、提高质量具有重要意义。
1.汽车车架焊接工艺分析
某载货汽车的车架采用过梁式焊接工艺，有7根横梁和2根槽型纵梁，焊接成车架的闭式结构，其中，纵梁内部焊接加强纵梁，从而有效提高车架的强度和稳固性。该车架长约6.5m，外宽约0.76m，平面度则要求≤2mm，左右纵梁对角线长度偏差在3mm范围内，板簧支架对角线的长度偏差在2mm范围内。在该车架中，焊接接头有好几百处，接头处的焊缝多，焊缝质量直接决定了车架的稳固性，且还会影响到后续工程的装配。因此，必须提高焊接质量。
由于车架材料为16Mn低合金钢，且材料的厚度均匀适中，焊接性能优，不容易产生裂纹、气孔等，故而也无需进行焊后热处理。由于该车架的横纵梁并不完全对称，故而必须加强横纵梁的焊接以及合理安排焊接顺序，从中间开始焊接，然后对称向两头施焊，这样有助于降低焊接变形性，提高车架的稳固性。
基于上述因素的考虑，决定采用二氧化碳气体保护焊，这种焊接工艺的成本低、且效率高，操作起来非常简单，非常适合自动焊和全方位焊接，但是焊接时不能有风，室内作业最好。另外，二氧化碳气体保护焊的焊缝抗裂性强，焊缝的氢、氮等含量较少。在该车架焊接中，选用NBC-350型号焊机;焊丝为H08Mn2S1A，其直径为1mm;焊接时的电流在170-210A之间，电弧电压在22-26V之间，气体流速控制在10-13L/min，焊接速度为50cm/min。实践经验证明：焊接电流、电弧电压、保护气体流速等焊接工艺参数都会对焊接质量产生重要影响，在施焊前必须进行科学的焊接工艺设计，经过科学实验验证，确定最佳工艺参数，从而取得最优焊接成形效果。
为预防焊接变形，需要合理设计焊接顺序，首先将零部件装焊成组合件，再将若干个零部件与组合件装焊成整体。在这个焊接过程中，或多或少都会出现焊接变形情况，故而应掌握变形的矫正关键点，在关键环节进行矫正。总体焊接流程为：零部件组焊成组合件-焊纵梁内部的加强纵梁-纵梁焊接完成后矫正-大桩定位后进行点固焊-车架的补焊-装配车架-车架矫正-检验-涂装车架。在这个焊接过程中，为降低车架变形性，提高整体车架的稳固性和美观性，需要先进行点固焊，然后再从中间向两端进行对称补焊，接着对其进行矫正，若变形不严重，可采用机械法矫正，变形严重的则可采用加热法矫正。
2.汽车车架工装设计分析
汽车车架的工装设计对整车性能具有重要而直接的影响，不仅影响到车架的制造精度，而且对于车架生产效率起到关键性影响。工装设计是保证焊接质量的前提和基础，是保证汽车设计制造精度的重要因素。工装设计主要是装焊夹具，在工作平台上布置定位件、夹紧件、支座、导向支架等附具，这是用来定位、夹紧结构零部件的机械装置，是保证焊接程序完成的前提。由于车架的零部件中，只有纵梁尺寸较大，其他的较小且很分散，我们不可能将车架分解成若干个小的部件进行组装。另外，车架零部件的刚性强，若在定位夹紧中采用人工方法，不容易实现可靠定位，因此，多需要使用定位块、夹具来夹紧，减轻工人的劳动强度，提高生产效率。由于汽车的型式和种类较多，而焊接时使用的夹具型号多，为保证生产的顺利进行，厂家一般自己生产制造出结构简单、操作方便且实用的夹具。选择定位基准孔、车架纵梁定位夹紧、横梁定位等均是工装设计的要点。
第一，在上述汽车车架中，将左右纵梁上的前轮中心线孔作为定位基准孔。
第二，为减少后续焊接变形现象，并使车架保持其美观性，必须先将纵梁定位好，然后夹紧，对左纵梁的下翼面、外腹面用定位块定位并夹紧;对右纵梁的外腹面和内腹面定位夹紧，外腹面用气缸定位，内腹面则用双头气缸夹紧，使其不会在焊接过程随意变换位置。该车架中有7根横梁，圆管横梁需要穿过纵梁上的横梁孔然后直接焊接到纵梁和加强梁上，故而圆管横梁只需要使用定位块进行侧面定位就好。而槽型横梁的前后以及上下可采用L型定位块定位，然后进行点焊。
第三，板簧采用吊耳孔定位。在焊接施工中，采用二氧化碳气体保护焊接工艺，会产生大量的热，而这些热容易造成焊接变形，且各部件的相互交叉等也会容易造成变形，因此，在车架焊接过程中，必须采用合理方式控制焊接变形。
首先，刚性固定法，使用夹具对有关部件定位夹紧，避免出现脱离定位情况，这种方法在车架焊接中应用最为广泛，且能取得较好效果。如：在车架前后端分别应用推拉夹具定位夹紧，减少焊接变形。
其次，反变形法，就是先预测好焊接结构的变形尺寸以及方向，然后在焊接时给予一个相反方向的变形来抵消焊接产生的变形，使得焊后的构件符合要求，这是车架焊接中常用的一种控制变形方法。但是，由于焊接变形的影响因素多，故而很难准确预测出变形大小以及方向，只能得出一个估计值，需要进行科学试验测试得出准确的数据，然后合理应用反变形法，进而取得较好的控制变形效果。
3.结束语
工装设计与焊接工艺是车架制造中的关键环节，对于车架质量有直接影响。进行恰当的工装设计，合理设计焊接工艺参数，做好焊接变形的控制，解决汽车车架焊接中容易变形的难题。经过安全性测试，该车架的稳固性高，各个技术指标也符合要求。良好的工装设计和焊接工艺能有效提高生产效率，提高车架生产质量，为汽车的后续制造精度奠定坚实基础，使厂家生产出高质量的汽车，提高我国的汽车制造水平。
参考文献：
[1]刘丽斌.汽车车架焊接工艺分析及工装设计[J].中国新技术新产品，2013，（3）：136.
[2]钱学君，胡小建.决策树算法在焊接工艺设计中的应用[J].焊接技术，2009，38（6）：5-8.
[3]李志强，王晓宁，刘军伟等.基于TRIZ理论的汽车总装工装设计[J].汽车工程师，2013，（8）：43-45.