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摘 要：汽车车架焊接工艺和工装设计是汽车制造与加工过程中的关键步骤，只有把握住焊接和工装的关键技术，才能实现汽车车架的稳固和美观。本文以国内北汽福田的一款轻型载货汽车为例，分析了这种型号汽车的车架特点，然后分析了焊接工艺性，再探讨了焊接流程和工艺应该注意的关键点，并且以图例说明了工装设计方案。良好的焊接工艺和工装设计方案是关系到我国汽车工业健康发展的关键，只有不断的实践和科学的研究探讨，才能为实现我们国家工业化生产做出一份努力。
关键词：焊接工艺；汽车车架；工装设计
1 焊接车架前分析
车架是承受汽车重量的关键部位，就和人体的骨骼一样，没有健全并且运转良好的骨骼支架，就不能健康的站立、行走和生活。汽车车架是联系汽車其他各个部分的一个重要结构，也是承受载荷的基础部件。在汽车生产成功后，它不仅仅需要承受汽车的静载荷，更要承受汽车不断行驶过程中的动载荷。所以，一个汽车使用寿命的长短，和汽车车架有很大的关系。
边梁式焊接是目前国内载货汽车一般会使用的车架焊接方式。本文主要是以北汽福田的一种货车为例来分析。北汽福田是国内轻型载货汽车行业的主要生产企业之一，而时代轻卡作为其主导产品，自然有特殊和值得学习的地方。主要分析的是它的结构特点。其中七根横梁和两根槽型纵梁，是由它们焊接而成的该车架的闭合式架构。为增加车架的强度，纵梁内部焊接加强纵梁，车架总长约6500毫米，外宽760毫米，车架上平面的平面度要求不得大于2毫米，左右纵梁对角线长度最大偏差不超过3毫米，板簧支架对角线最大偏差不超过2毫米。车架上的发动机支架、驾驶室支架、板簧支架等焊接在相应的位置。焊接接头共有几百处，接头处焊缝多，每一条焊缝的焊接质量都直接影响到整个车架的强度和刚度，影响外观要求和后续工艺的装配精度，因此，必须设计合理的焊接工艺和车架焊合台，以能保证车架總成的质量。
2 焊接工艺性分析
2.1 车架结构材料一般用Q235A或16Mn低合金钢，焊接性好，加之材料的厚度适中，在合理的装焊工艺条件下，一般不容易产生气孔和裂纹，不需要采用特殊的焊接工艺措施和焊后热处理。
2.2 车架是整车的载体，车架的焊缝主要承受汽车运行过程中的动载作用，而车架刚性大，焊后接头的收缩力较大，因此必须选用合理的焊接方法及工艺参数，控制线能量。
2.3 由于整个车架总成是由几百条焊缝交织在一起的组合体，并且焊缝短而集中，焊接加热不均匀且重复加热，接头容易产生热组织而降低接头的承载能力，必须处理好短焊缝的起弧、收弧和衔接，尽量避免补焊，减少重复加热，保证接头强度。
2.4 对于车架纵梁和横梁而言，焊缝分布并非完全对称，尤其是纵梁加强梁的焊接，要合理安排焊接顺序，尽量采用对称焊和从中间向两头施焊，以减少焊接变形。
2.5 控制零部件尺寸即互换性，保证装配间隙均匀，以减少因收缩不均所造成的变形。
2.6 夹具设计时要合理留有收缩余量及装配间隙，综合处理好车架焊后接头应力与总体变形这对相互矛盾的问题，在保证满足设计尺寸要求的条件下，接头焊后存在的应力愈小愈好。
3 焊接流程和工艺
3.1 采取二氧化碳气体保护焊的原因和选择焊接参数
由于二氧化碳气体保护，焊接成本低，生产效率高，抗锈、抗氢和抗裂纹能力强，焊后不清渣，变形小，易操作，适于全位置焊，因此焊接方法采用半自动二氧化碳气体保护焊，其焊接工艺参数如下所示：车架焊接工艺参数：焊机型号 NBC-350；焊丝直径：1.0mm；焊丝牌号 ：H08Mn2S1A；焊接电流：170-210A；电弧电压：22-26V；气体流量：10-13L/min；焊接速度：50cm/min。
3.2 装焊工艺流程
根据车架焊接组成的结构特点，在充分考虑预防焊接变形的基础上，将焊接过程分解为先将零部件装焊成组合件，最后由若干零件及组合件装焊成焊接总成。为矫正焊接变形，在存在变形较为严重的两个工序后增加矫形工位。工艺流程如下图：
零部件组焊→焊纵梁加强梁→纵梁焊后矫形→大桩定位点固焊→车架补焊→车架装配→车架矫形→车架检验→车架涂装
减小焊接变形，在焊接时应先进行点固焊，然后从中间向两端对称补焊，补焊完成后利用机械法对焊接总成进行矫形，在变形严重时也可采用加热法进行矫正。
4 工装设计方案
4.1 定位基准的选择
易车架左右纵梁上的前轮中心线孔作为定位基准孔。
4.2 车架纵梁定位夹紧
为了减少和防止纵梁装焊时焊接变形，并控制车架整体外观尺寸，应采用对纵梁进行定位夹紧的形式。左纵梁下翼面及外腹面由加工的定位块进行定位，为保证装配和起模方便，右纵梁的外腹面用气缸定位，纵梁内腹面用一双头气缸夹紧。
4.3 横梁定位
圆管横梁一般穿过纵梁上的横梁孔直接焊接在纵梁及加强梁上，因此只需用定位块进行侧向定位即可。槽型横梁在车架宽度方向上由两纵梁宽度保证。前后方向和上下方向上可用“L”形定位块限位后点焊。
4.4 板簧支架定位
前后板簧支架定位利用吊耳孔定位，采用手动式移动销。
4.5 气路设计
从气管来的气体从总管路进入左右两侧的支管，最后由配气控制阀进入夹紧器气缸。
5 防止焊接变形的方法
焊接过程中，容易产生大量的热，这些热容易产生焊接变形，另外，在每一步操作过程中，每个部件相互交错也是导致变形的重要原因。分析了上面产生变形的量大原因，可以采取以下措施防止变形：
5.1 采用快速推拉夹具的方法
采用快速推拉夹具将车架前、后段槽钢靠近和脱离定位。
5.2 采用丝杠紧固车架大梁
车辆大梁在胎具内的定位不仅仅是要用定位块定位，还需要由丝杠制作的夹具将型钢压住，使得它靠近定位块的一侧。
5.3 反变形
反变形的方法之一是采用5毫米的工艺垫片，在施焊前，垫在车架大梁的中间部位。再用丝杠夹具强制将大梁往下压。由于热胀冷缩原理，再加上封闭结构件的原理，统一部件加热时产生的伸长量会小于该部位实际的收缩量。
5.4 尽力避免随机误差，保证工件质量
工件随着随行夹具一起传送到下一个工位。
结语
合格的工艺和车架焊胎的保证，不同于汽车车架拼焊，前者能解决汽车车架易变性的难题。在安全性和完整性测试之后，能发现上述汽车车架焊接工艺和制造质量在各方面的技术上都满足了要求。以上方式的汽车车架焊接工艺和工装设计，在很大程度上提高了工艺水平，并且该生产工艺和工装设计方案，得到了同行业的认可，在汽车制造业得以广泛应用。
参考文献：
[1]彭斌，周平香，赵霞.汽车车架焊接变形及控制方法[J].热加工工艺，2011.
[2]韩根云.汽车车架焊接变形的控制[J].机械工人，2000.
关键词：焊接工艺；汽车车架；工装设计
1 焊接车架前分析
车架是承受汽车重量的关键部位，就和人体的骨骼一样，没有健全并且运转良好的骨骼支架，就不能健康的站立、行走和生活。汽车车架是联系汽車其他各个部分的一个重要结构，也是承受载荷的基础部件。在汽车生产成功后，它不仅仅需要承受汽车的静载荷，更要承受汽车不断行驶过程中的动载荷。所以，一个汽车使用寿命的长短，和汽车车架有很大的关系。
边梁式焊接是目前国内载货汽车一般会使用的车架焊接方式。本文主要是以北汽福田的一种货车为例来分析。北汽福田是国内轻型载货汽车行业的主要生产企业之一，而时代轻卡作为其主导产品，自然有特殊和值得学习的地方。主要分析的是它的结构特点。其中七根横梁和两根槽型纵梁，是由它们焊接而成的该车架的闭合式架构。为增加车架的强度，纵梁内部焊接加强纵梁，车架总长约6500毫米，外宽760毫米，车架上平面的平面度要求不得大于2毫米，左右纵梁对角线长度最大偏差不超过3毫米，板簧支架对角线最大偏差不超过2毫米。车架上的发动机支架、驾驶室支架、板簧支架等焊接在相应的位置。焊接接头共有几百处，接头处焊缝多，每一条焊缝的焊接质量都直接影响到整个车架的强度和刚度，影响外观要求和后续工艺的装配精度，因此，必须设计合理的焊接工艺和车架焊合台，以能保证车架總成的质量。
2 焊接工艺性分析
2.1 车架结构材料一般用Q235A或16Mn低合金钢，焊接性好，加之材料的厚度适中，在合理的装焊工艺条件下，一般不容易产生气孔和裂纹，不需要采用特殊的焊接工艺措施和焊后热处理。
2.2 车架是整车的载体，车架的焊缝主要承受汽车运行过程中的动载作用，而车架刚性大，焊后接头的收缩力较大，因此必须选用合理的焊接方法及工艺参数，控制线能量。
2.3 由于整个车架总成是由几百条焊缝交织在一起的组合体，并且焊缝短而集中，焊接加热不均匀且重复加热，接头容易产生热组织而降低接头的承载能力，必须处理好短焊缝的起弧、收弧和衔接，尽量避免补焊，减少重复加热，保证接头强度。
2.4 对于车架纵梁和横梁而言，焊缝分布并非完全对称，尤其是纵梁加强梁的焊接，要合理安排焊接顺序，尽量采用对称焊和从中间向两头施焊，以减少焊接变形。
2.5 控制零部件尺寸即互换性，保证装配间隙均匀，以减少因收缩不均所造成的变形。
2.6 夹具设计时要合理留有收缩余量及装配间隙，综合处理好车架焊后接头应力与总体变形这对相互矛盾的问题，在保证满足设计尺寸要求的条件下，接头焊后存在的应力愈小愈好。
3 焊接流程和工艺
3.1 采取二氧化碳气体保护焊的原因和选择焊接参数
由于二氧化碳气体保护，焊接成本低，生产效率高，抗锈、抗氢和抗裂纹能力强，焊后不清渣，变形小，易操作，适于全位置焊，因此焊接方法采用半自动二氧化碳气体保护焊，其焊接工艺参数如下所示：车架焊接工艺参数：焊机型号 NBC-350；焊丝直径：1.0mm；焊丝牌号 ：H08Mn2S1A；焊接电流：170-210A；电弧电压：22-26V；气体流量：10-13L/min；焊接速度：50cm/min。
3.2 装焊工艺流程
根据车架焊接组成的结构特点，在充分考虑预防焊接变形的基础上，将焊接过程分解为先将零部件装焊成组合件，最后由若干零件及组合件装焊成焊接总成。为矫正焊接变形，在存在变形较为严重的两个工序后增加矫形工位。工艺流程如下图：
零部件组焊→焊纵梁加强梁→纵梁焊后矫形→大桩定位点固焊→车架补焊→车架装配→车架矫形→车架检验→车架涂装
减小焊接变形，在焊接时应先进行点固焊，然后从中间向两端对称补焊，补焊完成后利用机械法对焊接总成进行矫形，在变形严重时也可采用加热法进行矫正。
4 工装设计方案
4.1 定位基准的选择
易车架左右纵梁上的前轮中心线孔作为定位基准孔。
4.2 车架纵梁定位夹紧
为了减少和防止纵梁装焊时焊接变形，并控制车架整体外观尺寸，应采用对纵梁进行定位夹紧的形式。左纵梁下翼面及外腹面由加工的定位块进行定位，为保证装配和起模方便，右纵梁的外腹面用气缸定位，纵梁内腹面用一双头气缸夹紧。
4.3 横梁定位
圆管横梁一般穿过纵梁上的横梁孔直接焊接在纵梁及加强梁上，因此只需用定位块进行侧向定位即可。槽型横梁在车架宽度方向上由两纵梁宽度保证。前后方向和上下方向上可用“L”形定位块限位后点焊。
4.4 板簧支架定位
前后板簧支架定位利用吊耳孔定位，采用手动式移动销。
4.5 气路设计
从气管来的气体从总管路进入左右两侧的支管，最后由配气控制阀进入夹紧器气缸。
5 防止焊接变形的方法
焊接过程中，容易产生大量的热，这些热容易产生焊接变形，另外，在每一步操作过程中，每个部件相互交错也是导致变形的重要原因。分析了上面产生变形的量大原因，可以采取以下措施防止变形：
5.1 采用快速推拉夹具的方法
采用快速推拉夹具将车架前、后段槽钢靠近和脱离定位。
5.2 采用丝杠紧固车架大梁
车辆大梁在胎具内的定位不仅仅是要用定位块定位，还需要由丝杠制作的夹具将型钢压住，使得它靠近定位块的一侧。
5.3 反变形
反变形的方法之一是采用5毫米的工艺垫片，在施焊前，垫在车架大梁的中间部位。再用丝杠夹具强制将大梁往下压。由于热胀冷缩原理，再加上封闭结构件的原理，统一部件加热时产生的伸长量会小于该部位实际的收缩量。
5.4 尽力避免随机误差，保证工件质量
工件随着随行夹具一起传送到下一个工位。
结语
合格的工艺和车架焊胎的保证，不同于汽车车架拼焊，前者能解决汽车车架易变性的难题。在安全性和完整性测试之后，能发现上述汽车车架焊接工艺和制造质量在各方面的技术上都满足了要求。以上方式的汽车车架焊接工艺和工装设计，在很大程度上提高了工艺水平，并且该生产工艺和工装设计方案，得到了同行业的认可，在汽车制造业得以广泛应用。
参考文献：
[1]彭斌，周平香，赵霞.汽车车架焊接变形及控制方法[J].热加工工艺，2011.
[2]韩根云.汽车车架焊接变形的控制[J].机械工人，2000.