易文雄 徐沛瑤

摘 要：針對某新開發(fā)能源車型在模擬道路耐久（24通道）臺架中出現(xiàn)后扭力梁開裂失效問題，基于后扭力梁CAE分析及材料分析等確認后扭梁失效原因，通過焊縫優(yōu)化措施而進行臺架試驗驗證，同時達到焊縫質(zhì)量最優(yōu)產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：后扭力梁;24通道;失效;焊縫

在全球大力發(fā)展新能源汽車的行駛下，中國各主機廠都在國內(nèi)政策推動下發(fā)展新能源汽車。后扭力梁是汽車懸架類型的一種，對整車行駛過程有著苛刻要求。后扭力梁主要由橫梁、縱臂、車輪支架、彈簧盤、減震器支架、法蘭板、套管、線束支架等組成。由于后扭力梁結(jié)構(gòu)簡單、占用整車空間小、制造成本低等優(yōu)點，不僅在傳統(tǒng)燃油車上也在新能源車型上廣泛運用。

本文以某新能源車型開發(fā)過程中，后扭力梁在模擬道路耐久24通道臺架試驗中出現(xiàn)的橫梁本體開裂展開分析，并在后續(xù)試制及量產(chǎn)中將此問題消除。

1 失效背景

后扭力梁新產(chǎn)品開發(fā)中，需通過各項臺架試驗、路試指標才能完成OTS認可。其中24通道試驗是道路模擬試驗臺架中的一種類型，能夠觀測對四個車輪六個自由度方向的受力和扭矩情況。本文所述在整車24通道試驗中，實際壽命達到試驗要求的77%壽命時，縱臂與車輪支架焊縫開裂，疲勞裂紋擴展至縱臂與橫梁焊縫。面對此失效問題需展開原因分析，進而采取相關(guān)措施，在下輪試驗驗證中通過，保證此車型項目節(jié)點。

2 檢驗結(jié)果

2.1 宏觀檢驗

失效件返回原生產(chǎn)公司，圖1為主機廠進行24通道試驗失效送檢的后扭力梁左側(cè)。圖2為圖1后扭力梁開裂處宏觀圖像，并體現(xiàn)出裂紋處結(jié)構(gòu)圖像。從圖2結(jié)構(gòu)圖像可看出車輪支架與縱臂焊接在一起，橫梁與縱臂、彈簧盤焊接在一起。開裂位置在車輪支架與縱臂焊縫處，并延伸至縱臂與橫梁處焊縫。

2.2 材料分析

在原材料選用上：橫梁原材料屈服強度≥780Mpa;縱臂原材料屈服強度≥420 Mpa;車輪支架原材料屈服強度≥460 Mpa。結(jié)合前期開發(fā)設(shè)計CAE分析報告，此失效應(yīng)力遠小于原材料屈服強度，在原材料選用上排除設(shè)計風險。

2.3 斷口分析

材料經(jīng)過塑性變形后發(fā)生斷裂，這是金屬的韌性斷裂表現(xiàn)，可分析其金屬微觀機理。[1]將斷裂口通過體現(xiàn)顯微鏡觀察，見圖3，裂紋是由車輪支架與縱臂焊縫起弧段發(fā)生開裂，裂紋源位于焊縫里側(cè)，焊縫本體發(fā)生開裂，并沿焊縫兩側(cè)擴展。

2.4 焊縫熔深檢測

通過對失效焊縫處進行剖切，見圖4，從焊縫背面照片可以看出，有大量的焊液穿透縱臂材料，發(fā)生焊穿的現(xiàn)象。初步說明車輪支架與縱臂匹配間隙較大。參照此主機廠企業(yè)標準，焊接要求焊縫不允許出現(xiàn)焊穿現(xiàn)象。

3 失效原因分析

通過以上分析，可判斷失效件開裂原因主要是焊縫質(zhì)量不合格。此焊縫由焊穿引發(fā)的焊縫質(zhì)量不合格會導(dǎo)致局部應(yīng)力變化、焊接結(jié)合力改變，存在導(dǎo)致早期失效的風險。需加強焊縫質(zhì)量，避免焊穿等焊接缺陷。焊接工藝要求使用為直徑1.2mm焊絲，出現(xiàn)焊穿情況，表明此焊縫失效處匹配間隙大于1.2mm。此取決于管梁及沖壓散件邊線及型面是否合格，如散件尺寸不符合要求，則會導(dǎo)致焊縫質(zhì)量不穩(wěn)定。

4 整改措施

優(yōu)化陪陪間隙，通過對車輪支架、縱臂、橫梁的邊線及型面合格率提升，關(guān)鍵匹配面和匹配線需100%合格，達到焊接匹配間隙≤1.2mm要求，從而降低產(chǎn)品的補焊率。沖壓散件來料，確認其來料報告合格，加強來料質(zhì)量管理。生產(chǎn)嚴格根據(jù)工藝文件進行生產(chǎn)、檢驗。并做好自檢、互檢兩次焊縫外觀100%檢查，出貨前嚴格執(zhí)行GP12外觀檢查。優(yōu)化并固定焊接參數(shù)，起弧、收弧點及焊槍軌跡，防止焊縫熔核偏移。下一輪焊接時重點關(guān)注此區(qū)域間隙情況，檢查其熔深、焊縫外觀、咬邊是否合格;進行臺架試驗進行驗證，看看是否能復(fù)現(xiàn)此失效模式。

5 試驗驗證

控制散件尺寸，根據(jù)工藝文件焊接出焊縫合格、總成尺寸合格的后扭梁，按流程供貨至主機廠裝車繼續(xù)進行模擬道路耐久（24通道）臺架試驗。進行的臺架試驗中驗證此問題，按試驗標準完成驗證，無焊縫開裂、板材開裂等問題出現(xiàn)。在生產(chǎn)現(xiàn)場隨機抽取2套后扭力梁成品，在內(nèi)部試驗室分別做垂直扭轉(zhuǎn)疲勞試驗和縱向力耐久試驗>20萬次停止，無焊縫開裂、板材開裂等問題出現(xiàn)。

6 結(jié)論

失效件縱臂與車輪支架焊縫開裂，疲勞裂紋擴展至縱臂與橫梁焊縫，是焊縫質(zhì)量不合格導(dǎo)致。在此車型后扭力梁失效問題上，得出此類產(chǎn)品開發(fā)過程中需各方面考慮，包括設(shè)計和制造。在前期設(shè)計階段需充分對原材料選用分析、應(yīng)力優(yōu)化等來保證后期生產(chǎn)制造問題非設(shè)計問題。產(chǎn)品制造中，需對各個零部件質(zhì)量層層把關(guān)，保證下級零件合格入庫，并對生產(chǎn)過程嚴格按工藝文件及相關(guān)流程控制。

參考文獻：

[1]黃見科，董湘懷.金屬韌性斷裂準則的數(shù)值模擬和試驗研究[J].材料科學與工藝，2010，18（4）：450-454.