石建德，田仙林，殷呂，王偉，韋立，許林軍，程輝輝，萬建波，游致遠(yuǎn)

上海保隆汽車科技（安徽）有限公司，安徽 合肥 230601

0 引言

近年來，隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，汽車行業(yè)的需求不斷增加，雙吊環(huán)型減振器也越來越受到人們的關(guān)注。雙吊環(huán)型減振器是一種常用的汽車減振器，它具有體積小、重量輕、減振性能好等優(yōu)點。然而，雙吊環(huán)型減振器的質(zhì)量直接影響到汽車的行駛安全和舒適性，因此雙吊環(huán)型減振器的焊接質(zhì)量控制一直是制約其應(yīng)用的關(guān)鍵問題。

傳統(tǒng)的焊接方法已經(jīng)不能滿足減振器焊接的質(zhì)量要求，因焊接質(zhì)量控制不到位而導(dǎo)致產(chǎn)品漏油、吊環(huán)脫落、產(chǎn)品異響的問題時有發(fā)生，這種低級的質(zhì)量問題仍在困擾著一些生產(chǎn)廠家。因此，越來越多的學(xué)者開始研究如何提高雙吊環(huán)型減振器的焊接質(zhì)量和檢測方法［1-5］，為提高汽車的行駛安全和舒適性提供了堅實的理論支撐。減振器制造過程的質(zhì)量控制要點非常多，本文著重研究雙吊環(huán)型減振器在焊接質(zhì)量控制方面存在的一些觀念誤區(qū)和控制策略。通過對現(xiàn)有的研究成果進(jìn)行綜述和分析，結(jié)合實驗研究，提出了一種可行的焊接質(zhì)量控制策略，為提高雙吊環(huán)型減振器的焊接質(zhì)量和車輛行駛安全性提供支持。

1 雙吊環(huán)型減振器結(jié)構(gòu)

減振器結(jié)構(gòu)如圖1所示，從產(chǎn)品的安裝和使用的角度上講，減振器上端的上吊環(huán)通過橡膠襯套總成②與車輛的車架部分連接，而下端的下吊環(huán)通過橡膠襯套總成?與車輛的車橋連接，減振器起到一個承上啟下的連接作用，在顛簸的路面上行駛時，通過彈性元件將來自于車輪以及車身所受到的震動吸收，而減振器就是用來快速衰減彈性元件的往復(fù)跳躍的幅度和頻度，減振器中的上吊環(huán)與活塞桿④之間以及下吊環(huán)與貯油缸⑩之間必須具備足夠的結(jié)合強(qiáng)度。上吊環(huán)與活塞桿④之間的防塵罩蓋③其實對所需要的強(qiáng)度幾乎是沒有貢獻(xiàn)的，這就對上吊環(huán)與活塞桿④之間凸焊強(qiáng)度以及CO2氣體保護(hù)焊的強(qiáng)度提出了很高的要求；同時下吊環(huán)與貯油缸⑩之間強(qiáng)度保證則必須既要保證貯油缸⑩與底蓋?之間的縫焊強(qiáng)度又要確保底蓋?和下吊環(huán)之間的凸焊強(qiáng)度以及CO2氣體保護(hù)焊的強(qiáng)度。在底蓋、上吊環(huán)和下吊環(huán)合理選擇材料及厚度的前提下保證了以上各點的焊接強(qiáng)度，在正常使用狀態(tài)下才能保證減振器不掉頭。但是在減振器的焊接中，僅保證強(qiáng)度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，這是因為由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計不當(dāng)或焊接工藝過程控制不當(dāng)時，會導(dǎo)致在焊接過程中埋下機(jī)械摩擦異響和漏油早期失效的潛在失效模式。因此減振器在焊接中的有效質(zhì)量控制策略就顯得尤為重要。

圖1 雙吊環(huán)雙筒液壓阻尼減振器結(jié)構(gòu)及焊接部位示意Fig.1 Schematic diagram of the structure and welding part of the hydraulic damper with double hanging rings

2 雙吊環(huán)型減振器焊接質(zhì)量控制策略

2.1 焊接失效原因

常見的失效模式見表1。首先討論上吊環(huán)、活塞桿和防塵罩蓋之間的焊接控制問題。這里主要的焊接不良表現(xiàn)為：活塞桿燒傷、燒壞吊環(huán)、焊穿防塵罩蓋、虛焊、焊接強(qiáng)度不足、吊環(huán)對稱度差和防塵罩蓋垂直度差。具體分析如表2所示。

表1 常見的焊接失效模式Table 1 List of common welding failure modes

表2 失效形式及原因分析Table 2 Failure form and Cause analysis

從表2可見，前4項失效模式都與傳統(tǒng)凸焊工藝有關(guān)系，可見這是主要矛盾。在傳統(tǒng)的凸焊工藝方案中，因凸焊導(dǎo)電的需要往往選擇了下端電極夾持活塞桿的方法，這種夾持方法又因為活塞桿表面防銹油、灰塵、焊接中的飛濺物以及凸焊電極的不均勻磨損等原因往往又會導(dǎo)致活塞桿工作區(qū)被夾持部位在某個點上很容易被集中放電而打火燒傷。

關(guān)于防塵罩蓋與活塞桿焊接后垂直度差的原因：在傳統(tǒng)的凸焊工藝方案中，因?qū)⒎缐m罩蓋內(nèi)孔與活塞桿上端細(xì)脖外徑之間設(shè)計為間隙配合的關(guān)系，見圖2，在上吊環(huán)與活塞桿之間凸焊時，產(chǎn)生的強(qiáng)電磁場很容易把防塵罩蓋吸起“拉偏”而導(dǎo)致焊接后防塵罩蓋端面與活塞桿軸向垂直度狀態(tài)不良。

圖2 防塵罩蓋與活塞桿的間隙配合關(guān)系Fig.2 Gap coordination relationship between dust cover and piston rod

2.2 凸焊改進(jìn)工藝

針對上述兩種不良現(xiàn)象，為了有效克服活塞桿表面被放電燒傷的風(fēng)險和控制焊接后防塵罩蓋與活塞桿垂直度的問題，這里介紹一種全新的凸焊工藝［6］，該方案一方面需要從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上對防塵罩蓋的結(jié)構(gòu)和活塞桿的尺寸加以優(yōu)化，另一方面需要對凸焊導(dǎo)電方案進(jìn)行優(yōu)化。具體方案為：將防塵罩蓋設(shè)計為自下向上帶內(nèi)凸緣結(jié)構(gòu)，且其內(nèi)徑與活塞桿為過盈配合關(guān)系，先通過壓裝防塵罩蓋與活塞桿合裝（可保證裝配后防塵罩蓋端面與活塞桿的垂直度），凸焊時下電極夾持防塵罩蓋外圓面進(jìn)行導(dǎo)電（可完全避免直接夾持活塞桿而引起其表面燒傷的現(xiàn)象），見圖3、圖4。

圖3 新凸焊工藝所需要的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)Fig.3 Product structure required for new convex process

圖4 新凸焊工藝裝備方案示意Fig.4 Schematic of new convex welding process equipment scheme

關(guān)于虛焊和焊接強(qiáng)度不足［7］的問題：在上述方案中，因無需顧忌燒傷活塞桿表面，在凸焊時可以根據(jù)需要增大焊接電流，增加熱輸入量。經(jīng)過驗證，采用該方案僅凸焊強(qiáng)度就達(dá)35～50 kN，完全可以有效克服傳統(tǒng)工藝中凸焊虛焊導(dǎo)致的焊接強(qiáng)度不足的問題。

關(guān)于燒壞吊環(huán)、焊穿防塵罩蓋的問題：燒壞吊環(huán)將導(dǎo)致與吊環(huán)配合的結(jié)構(gòu)件（例如橡膠襯套總成［8］）在裝入吊環(huán)過程中出現(xiàn)裝配異?；驌p壞橡膠襯套總成；而焊穿防塵罩蓋將會導(dǎo)致連帶燒傷活塞桿［9］工作表面，進(jìn)而導(dǎo)致在減振器壓縮到底時嚴(yán)重破壞油封的密封效果而漏油失效，見圖5、圖6。

圖5 傳統(tǒng)凸焊工藝產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點Fig.5 Structural features of the conventional convex welding process

圖6 凸焊工藝改進(jìn)前加強(qiáng)焊失效模式示意Fig.6 Schematic diagram of reinforced welding failure mode before convex welding process improvement

而在前述的改進(jìn)方案中，由于對防塵罩蓋增加了凸緣結(jié)構(gòu)和加長了活塞桿細(xì)脖頸區(qū)域，從而加大了上吊環(huán)與活塞桿凸焊后上吊環(huán)與防塵罩蓋之間的距離，焊接時焊槍位置就可以盡可能地正對上吊環(huán)與防塵罩蓋之間活塞桿的中部區(qū)域，焊接熱量就更容易同時把活塞桿、上吊環(huán)和防塵罩蓋局部熔融而焊到一起［10］，而不至于偏上燒傷吊環(huán)或偏下燒穿防塵罩蓋，凸焊工藝改進(jìn)前后對比如圖7、表3所示。

表3 凸焊工藝前后對比Table 3 Comparison of convex welding process

圖7 凸焊工藝改進(jìn)前后氣體保護(hù)加強(qiáng)焊Fig.7 Improved gas protection welding of convex welding process

2.3 防塵罩與防塵罩蓋之間的焊接工藝改進(jìn)

其次，討論防塵罩與防塵罩蓋之間的焊接問題。這里主要是虛焊進(jìn)而導(dǎo)致脫落，上吊環(huán)與活塞桿之間的焊接其實不單單是這兩個零件間的焊接。由于對油封防塵的需要，防塵罩的存在就成為必然，為了固定防塵罩，在活塞桿和上吊環(huán)之間卡置了一個倒扣的金屬防塵罩蓋，這個防塵罩蓋在上吊環(huán)和防塵罩之間起到了一個承上啟下的連接作用，上部連接上吊環(huán)一般需要采用CO2氣體保護(hù)焊，下部連防塵罩一般多采用點焊［11］的方案。

有些廠家為了一味地追求降低成本，把防塵罩蓋設(shè)計為2.0 mm，甚至1.5 mm，這些試圖降低成本的做法，導(dǎo)致防塵罩蓋缺乏足夠的支撐強(qiáng)度，很容易導(dǎo)致防塵罩蓋點焊時出現(xiàn)虛焊，進(jìn)而導(dǎo)致在產(chǎn)品使用過程中防塵罩脫落失效，防塵罩脫落不但對油封起不到防塵的效果，反而會因為松脫撞擊而發(fā)出機(jī)械摩擦的異常噪聲，也就是該類減振器非常常見的異響現(xiàn)象之一。為了確保防塵罩與防塵罩蓋之間點焊的可靠性，首先需要確保防塵罩蓋具備點焊所需要的足夠支撐強(qiáng)度，也就是防塵罩蓋應(yīng)具備凸焊承壓所需要的厚度，根據(jù)大量的驗證，建議厚度2.5～3.5 mm，根據(jù)工作缸直徑的大小適當(dāng)匹配該厚度，一般來說阻尼力越大的產(chǎn)品防塵罩蓋材料也應(yīng)選擇適當(dāng)厚一點，當(dāng)防塵罩蓋壁厚低于2 mm（如1.5 mm）點焊時，在電極壓力的作用下，防塵罩蓋難以提供點焊所需要的足夠的支撐力，隨之塌陷，與此同時，防塵罩表面在電極頭接觸的局部短時間獲得大量的電阻熱［12］，也被電極頭迅速撕裂，兩種零件的金屬晶粒并未熔融，從而形成虛焊，這種狀態(tài)裝車后經(jīng)過一段時間的顛簸，很容易松動脫落，如圖8所示。

圖8 防塵罩蓋點焊Fig.8 Spot welding of dust cover

防塵罩點焊應(yīng)重點注意防塵罩蓋厚度的選擇控制，再結(jié)合電極壓力、一段二段焊接電流和時間的合理配置控制以及對電極帽及時維護(hù)等點焊（電阻焊）工藝控制要點，這里就不做詳細(xì)贅述。

至于防塵罩蓋與活塞桿的垂直度問題在采用了本文前述的凸焊工藝后，自然就得到有效的控制了。而關(guān)于防塵罩與活塞桿的同軸度控制，則只要采用圖9所示的輔助定位夾具即可解決。

圖9 輔助定位夾具Fig.9 Auxiliary positioning fixture

關(guān)于底蓋與下吊環(huán)之間的焊接，一般也包含凸焊和補(bǔ)焊兩個環(huán)節(jié)，見圖10b，也有不凸焊直接采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊［13］進(jìn)行焊接的，見圖10a。

圖10 采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊進(jìn)行焊接Fig.10 for welding with carbon dioxide gas protective welding

圖10a中多應(yīng)用于阻尼力比較大的產(chǎn)品，如工作缸內(nèi)徑≥40 mm時，阻尼力一般大于35 kN，這種狀態(tài)下底蓋和吊環(huán)壁厚明顯增厚，達(dá)5～10 mm，直接采用CO2氣體保護(hù)焊不易把底蓋和吊環(huán)燒變形。

圖10b中多應(yīng)用于阻尼力比較小的產(chǎn)品，阻尼力一般小于35 kN，這種狀態(tài)下底蓋和吊環(huán)的壁厚都比較薄，一般為2.5～5 mm，且底蓋略薄于吊環(huán)，如果直接采用CO2氣體保護(hù)焊很容易將吊環(huán)和底蓋燒傷變形，吊環(huán)燒傷導(dǎo)致橡膠襯套總成裝配異常；底蓋燒傷后要么導(dǎo)致泄露，要么表現(xiàn)為金屬熔融物向內(nèi)凸起，從而進(jìn)一步導(dǎo)致底閥體下端面無法平坐在底蓋內(nèi)臺階面上，使活塞和工作缸很容易偏磨［14］而過早失效。為克服這種缺陷，采用圖10b這種方案。在底蓋上設(shè)置用于凸焊的凸包，以利先將底蓋與吊環(huán)凸焊定位再補(bǔ)焊，同時可增大底蓋與吊環(huán)之間的焊接空間，即便是補(bǔ)焊引起底蓋有少量變形，也不至于影響到底閥體坐落的平面區(qū)域。

至于底蓋與吊環(huán)焊接后的對稱度問題，僅僅是凸焊定位工裝的調(diào)整，比較簡單，本文不再闡述。

2.4 底蓋與貯油筒之間的縫焊質(zhì)量控制及措施

最后討論底蓋與貯油筒之間的縫焊質(zhì)量控制問題。縫焊的實質(zhì)是長度可控制的連續(xù)點焊類電阻焊［15］。其主要不良類型為表現(xiàn)為：密封性不達(dá)標(biāo)（可能漏油）、焊接強(qiáng)度不夠（可能被拉脫）、擠壓變形（可能影響裝配）、縫焊起毛刺（外觀不良），引起以上諸多不良的原因及相應(yīng)控制措施如下：

（1）對于厚壁管件，貯油缸配底蓋端車加工后壁厚不均勻，導(dǎo)致熔透性不一致，需要在精車時控制同軸度。

（2）底蓋材料厚度偏薄（支撐強(qiáng)度不足，焊不牢，若依靠定位芯棒支撐則難取件），如圖11所示，因縫焊時只能采用兩個圓盤狀電極盤對稱夾持被焊接工件，而內(nèi)部的支撐芯棒只能起到軸向支撐底蓋的作用，而不能在徑向?qū)﹄姌O盤的壓力起到支撐的作用，故縫焊所需要的電極壓力只能內(nèi)部依靠底蓋的拉伸圓柱區(qū)域支撐，外部依靠電極盤壓緊而得到，因此設(shè)計時需要確保底蓋料厚不低于3.0 mm，空間允許時取3.0～4.0 mm。

圖11 底蓋材料厚度偏薄Fig.11 The bottom cover material thickness is too thin

（3）縫焊電極盤旋轉(zhuǎn)不同步，可能的原因是機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)卡滯、電極盤工作面被反復(fù)修整后，在直徑方向上存在較大偏差，這就需要日常加強(qiáng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控以及每次更換電極盤時一定要事先測量匹配電極盤并在修整時注意對稱處理。

（4）縫焊電流，焊接電流偏低則不足以將底蓋被焊區(qū)域熔融，電流過大則會引起底蓋較大的變形，一般取9～14 kA。

（5）電極壓力偏低不僅焊不牢而且還會引起焊區(qū)打火，過大則把底蓋擠變形且仍然焊不牢，嚴(yán)重則會影響到底閥坐入，一般取0.25～0.35 MPa。

（6）電極盤焊接角度及電極盤工作面的適時修整，電極盤工作面的焊接角度一般應(yīng)控制在76°～78°之間，過大時焊接外觀會產(chǎn)生毛刺，過小時焊核區(qū)域較小將會降低整體焊接強(qiáng)度。

（7）導(dǎo)電系統(tǒng)導(dǎo)電性，導(dǎo)電性涉及到設(shè)備及工裝維護(hù)，影響到實際輸出功率，主要包括導(dǎo)電軸和銀軸瓦表面質(zhì)量是否良好，如有磨損必要及時大修，日常則要注意適量加注導(dǎo)電膏，以免引起打火燒傷而降低導(dǎo)電性，也包括電極盤表面出現(xiàn)氧化物后要及時修整。

（8）底蓋與貯油缸軸向尺寸鏈及徑向裝配配合關(guān)系（過松不利于縫焊），當(dāng)?shù)咨w壓裝到貯油缸后露出過短則焊接毛刺大且不易形成焊核，露出過長也難以形成焊核；當(dāng)?shù)咨w與貯油缸為間隙配合時，焊接容易形成泄漏，一般來說在控制了底蓋裝配后需要的總裝尺寸后，貯油缸端面低于底蓋拉伸圓柱與過渡圓弧界限以下0.5～1.5 mm；底蓋外徑與貯油缸內(nèi)徑的過盈量宜控制在0.1～0.3 mm。

（9）焊前零件清潔度控制，雜質(zhì)、銹跡及油漬均影響焊接質(zhì)量，焊前一定要清洗干凈。

（10）對底蓋及貯油缸定位的芯棒之尺寸和結(jié)構(gòu)的合理性以及對底蓋壓緊工裝和壓緊力的匹配性在一定程度上都會對縫焊質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響。

（11）工件冷卻的充分性控制，冷卻不充分則很容易引起底蓋被擠壓變形，最好引出四個竹節(jié)管冷卻水管，調(diào)整水柱正對焊接點噴澆，并要保證竹節(jié)管的定型剛度，確保水柱方向始終不變，另外冷卻水泵的型號的要合理。

（12）焊接周波數(shù)［16］的合理定義也將直接影響到縫焊的密封性。根據(jù)驅(qū)動電極盤旋轉(zhuǎn)的減速機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速的不同，單個焊接周波所焊接的弧長在3～7 mm不等，每個周波可對稱焊接兩段弧縫，假設(shè)一種貯油缸的外徑為48 mm，單個周波每段弧長為4 mm，則剛好焊滿一周需要的周波數(shù)n為：

n=48×3.14÷2÷4=18.84≈19 (周波)

值得注意的是少于19周波肯定有部分區(qū)域未被焊到，取19也不行，一般在計算結(jié)果的基礎(chǔ)上多加4～6個周波，因為起焊的幾個周波內(nèi)的熱量偏低，故要重疊幾個周波。

3 結(jié)束語

本研究針對雙吊環(huán)型汽車減振器，從相關(guān)零件結(jié)構(gòu)、配合關(guān)系、材料壁厚設(shè)計選擇應(yīng)注意的事項、工藝裝備的結(jié)構(gòu)要點以及工藝過程及參數(shù)的控制方法、工裝設(shè)備維護(hù)等諸多方面加以剖析，旨在全面系統(tǒng)地介紹這類產(chǎn)品焊接的質(zhì)量綜合控制策略，只要按照本文所提供的方法來控制該類產(chǎn)品的各種焊接過程，完全可以克服傳統(tǒng)焊接工藝中損傷活塞桿工作表面質(zhì)量、燒穿防塵罩蓋、防塵罩脫焊、底蓋焊接密封性不良和強(qiáng)度不足、底蓋與吊環(huán)焊接強(qiáng)度不足等問題。因焊接異常而導(dǎo)致的產(chǎn)品掉頭、漏油和異響等質(zhì)量隱患基本可得以杜絕，從而可大大提高產(chǎn)品質(zhì)量，大幅降低廢品損失，有效節(jié)約工裝維護(hù)費用。