CN115890152B - 封闭式扭力梁横梁冲压焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车零部件成型技术领域，具体公开了封闭式扭力梁横梁冲压焊接工艺，包括如下工艺步骤：S1、冲压成型封闭截面的横梁半成品：采用板料成形技术冲压成型封闭截面的管状横梁半成品，成型后的横梁半成品在板料合拢位置形成缝隙，横梁半成品在长度方向设有加工余量；S2、焊接缝隙：采用连续焊接方式焊接缝隙，焊接时先在横梁半成品的加工余量位置焊接小段或者进行点焊，然后从横梁半成品缝隙的另一端开始进行连续焊接直至整条缝隙焊接完成。本方案用以解决目前的横梁在焊接过程中存在的焊缝质量差的问题。

Description

封闭式扭力梁横梁冲压焊接工艺

技术领域

本发明涉及汽车零部件成型技术领域，具体涉及封闭式扭力梁横梁冲压焊接工艺。

背景技术

汽车扭力梁因具有结构简单、调节维修方便、制造简单以及为车辆后排和后备箱腾出较大的空间而广受欢迎，在目前的汽车扭力梁中最为主流的是带有封闭截面的封闭式扭力梁，在封闭式扭力梁中器横梁由无缝钢管冷冲压或者内高压液压成型，为提高使用扭力梁的汽车的舒适性，目前许多设计中都有将封闭式扭力梁的横梁制作成变截面式的横梁，该横梁由板材先经拉延后经翻转合拢后成型，合拢的间隙处采用焊接方式填充，成型后的横梁具有中间截面呈V型或U型，而两搭接端部的截面呈压扁的圆形，如专利公告号为CN108909398A公开的扭力梁横梁。

现有技术对于横梁合拢位置在焊接时，采用分段焊接的方式，比如每隔一定长度焊接一段，然后再对空余的缝隙进行连续补焊，这种焊接方式虽然降低了对焊接的要求，但是路试试验反馈中出现了横梁缝隙开裂的现象，横梁焊缝位置存在质量较差的问题。在实际产品中却存在相邻段焊缝在起弧和收弧处的连续性较差，造成起弧和收弧处焊接质量差，整个横梁焊缝不均匀，影响了横梁的扭转刚度。

发明内容

本发明意在提供封闭式扭力梁横梁冲压焊接工艺，以解决目前的横梁在焊接过程中存在的焊缝质量差的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

封闭式扭力梁横梁冲压焊接工艺，包括如下工艺步骤：

S1、冲压成型封闭截面的横梁半成品：采用板料成形技术冲压成型封闭截面的管状横梁半成品，成型后的横梁半成品在板料合拢位置形成缝隙，横梁半成品在长度方向设有加工余量；

S2、焊接缝隙：采用连续焊接方式焊接缝隙，焊接时先在横梁半成品的加工余量位置焊接小段或者进行点焊，然后从横梁半成品缝隙的另一端开始进行连续焊接直至整条缝隙焊接完成。

本方案的原理及优点是：经发明人对路试试验的横梁进行焊缝切割分析，发现分段焊接方式在相邻段焊缝的起弧和收弧处连续性较差，但对于刚焊接成型的横梁进行焊缝切割分析发现焊缝虽然存在连续性不是很好的情况，但连续性问题在分段焊接中是普遍现象，其依然在工艺要求范围内，但因横梁在焊接后会经过退火处理，退火过程工件先升温再降温，使得工件尺寸缩小，不同位置焊缝的受力不同，故而收缩情况不同，焊缝的连续性问题也越发凸显，影响到了横梁的扭转刚性。而采用本方案时，以先在一端进行点焊或者焊接小段后从另一端开始进行连续焊接的方式，使得焊缝在横梁成品所在长度上为均匀的连续焊接，相比现有技术分段焊接的方式，本方案的焊缝连续性强，焊缝均匀，使得焊接质量更好，且连续焊接的焊接效率相比分段焊接方式也大大提高。

优选的，作为一种改进，所述焊接前对横梁半成品进行限位，包括在焊缝两侧设置下压横梁半成品的压紧块、在横梁半成品的截面外侧设置限位块和从横梁半成品端部设置支撑定位用的定位件；以保证焊接过程中横梁半成品不会出现移动的情况，并通过压紧块和限位块来克服焊接过程中因热影响而带来的工件弯曲和变形。

优选的，作为一种改进，所述压紧块和限位块的数量均有多个，且多个压紧块关于横梁半成品轴向对称设置，多个限位块关于横梁半成品轴向对称设置，定位件支撑在横梁半成品的内部，横梁半成品正对定位件的外周有压紧块和限位块，压紧块位于定位件顶部，定位件与横梁凹凸配合，限位块位于定位件的两侧。本方案简化对横梁焊接时的限位结构(也即限位工装)的基础上，保证了横梁的完全固定。

优选的，作为一种改进，所述压紧块与横梁半成品凹凸配合，所述压紧块固定安装在设有的杠杆气缸的输出端，杠杆气缸启动后，杠杆气缸的杠杆体以转动方式带动压紧块压紧横梁半成品，压紧块在未工作时位于横梁半成品的侧旁，方便横梁半成品在焊接前后的放置与取出。

优选的，作为一种改进，还包括用于将横梁半成品顶出的升降架，在焊接完成后，控制定位件远离横梁成品，并控制杠杆气缸撤销对压紧块的下压力，焊接完成的工件在升降架的上升下实现顶升。方便焊接完成后的取件。

优选的，作为一种改进，所述缝隙不超过1.0mm，板材厚度2.2-3.2mm，焊接熔透率不小于60％。

在针对路试试验焊缝开裂横梁的焊缝切割分析，发现焊缝连续性较差的起弧收弧位置的熔深也存在不合格的情况；本方案在焊接时，通过对焊缝宽度、板材厚度、焊接熔透率的控制，保证焊接的强度。

优选的，作为一种改进，所述焊接时，焊接电流为245-255A，电弧电压为17-21V，焊接速度为70-90CM/min。

实际应用中，因横梁为变截面构造，且缝隙在高度方向存在小幅度的高度变化，采用连续焊接时存在上坡焊和下坡焊的情况，如果焊接参数控制不但，则无法保证在焊接效率下的焊接质量要求。本方案通过对焊接电流、电弧电压和焊接速度的控制，使得在针对焊缝存在曲面小幅度变化以及焊缝长度大于1米的焊缝成型上，既实现了焊接的快速性，又实现了焊缝的均匀性，保证空间高度变化的曲线焊接不会出现咬边、焊瘤、弧坑、气孔、夹渣、裂纹等质量问题。

此外，采用本方案时，通过对焊接参数的控制，使得焊接在较低热量下依然具有较高的熔透率，保证焊接的强度，同时还能够减小焊接过程的热影响区域，确保了焊接变形小又兼顾了焊接飞溅小，在焊接完成后无需对焊缝或焊接产物进行二次处理，大大提高生产效率。

优选的，作为一种改进，所述加工余量位置焊接的小段焊缝的长度为7-8mm。

优选的，作为一种改进，所述步骤S1中，冲压成型封闭截面的横梁半成品的具体步骤如下：

S11、对板材中部进行冲压拉伸，拉伸构造的中部截面呈U形或V形，拉伸构造在长度方向从中间至两端逐渐变为平缓的弧形；

S12、对完成步骤S11的板材进行冲压修边，修边尺寸根据最终成型后的横梁半成品的缝隙进行边线补偿，确保后续步骤的横梁半成品合拢位置的缝隙宽度不超过1.0mm；

S13、对完成步骤S12的板材进行翻边，翻边后的板材中部截面呈W形；

S14、将W形的板材自由端合拢。

在实际应用中，因横梁长度大于1米，焊缝长度长，要保证高速焊接下的焊接质量则对于焊接前的缝隙尺寸要求非常高，但是横梁在长度方向上又是变截面的横梁(从步骤S11可知)，使得横梁冲压过程中受到的挤压力不同，累积的残余应力也不相同，冲压模具撤销，残余应力释放，在不同的残余应力下，使得合拢位置的缝隙间隙不一且差距大，现有技术中，需要采用整形工装进行再次整形才能确保焊接时缝隙的合格性，而本方案在冲切修边时即对边线进行了补偿，具体为对于缝隙偏大位置所在的截面增加截面周长，而对于缝隙偏小位置或出现搭接的位置所在截面则减小截面的周长，通过多次验证以在简化冲压成型工序的基础上确保了产品尺寸精度。

附图说明

图1为本发明实施例工艺流程图。

图2为本发明实施例在焊接前的定位件、压紧块和限位块的安装位置示意图。

图3为本发明实施例的压紧块和限位块与横梁截面的位置关系示意图。

图4为本发明实施例制成的横梁的结构示意图。

图5为本发明实施例将横梁翻转角度后的结构示意图。

图6为本发明实施例从中间段截断后的结构示意图。

图7为本发明实施例的封闭式扭力梁横梁与纵臂焊接后的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：中间段1、过渡段2、搭接段3。

实施例基本如附图1至图7所示，封闭式扭力梁横梁冲压焊接工艺，包括如下工艺步骤：

S1、冲压成型封闭截面的横梁半成品：采用板料成形技术冲压成型封闭截面的管状横梁半成品，成型后的横梁半成品在板料合拢位置形成缝隙，横梁半成品在长度方向设有加工余量；成型后的横梁半成品从中间向两端依次包括中间段1、过渡段2和搭接段3，其中中间段1的截面呈U型或V型，本实施例中，中间段1截面类似U形，搭接段3的截面呈扁圆形，过渡段2的截面从中间段1的截面形状逐渐变为搭接段3的扁圆形状，更为具体的工步如下：

S11、对2.2-3.2mm厚的板材中部进行冲压拉伸，拉伸构造的中部截面呈U形或V形，拉伸构造在长度方向从中间至两端逐渐变为平缓的弧形；

S12、对完成步骤S11的板材进行冲压修边，修边尺寸根据最终成型后的横梁半成品的缝隙进行边线补偿，确保后续步骤的横梁半成品合拢位置的缝隙宽度不超过1.0mm；修边时在横梁半成品的长度方向预留加工余量；同时修边时，对边线冲压出斜角，斜角用于在合拢后形成V型坡口，方便焊接；

S13、对完成步骤S12的板材进行翻边，翻边后的板材中部截面呈W形；

S14、将W形的板材自由端合拢得到横梁半成品，横梁半成品在拉延成型部分和翻边成型部分之间形成空腔。

S2、焊接缝隙：采用连续焊接方式焊接缝隙，焊接时先在横梁半成品的加工余量位置焊接小段，焊接的小段长度小于各端预留的加工余量，本实施例中焊接的小段焊缝长度为7-8mm，然后从横梁半成品缝隙的另一端开始进行连续焊接直至整条缝隙焊接完成。

结合图2和图3，焊接前采用辅助工装对横梁半成品进行限位，辅助工装包括在焊缝两侧设置下压横梁半成品的压紧块、在横梁半成品的截面外侧设置限位块和从横梁半成品端部设置支撑定位用的定位件。以保证焊接过程中横梁半成品不会出现移动的情况，并通过压紧块和限位块来克服焊接过程中因热影响而带来的工件弯曲和变形。

压紧块和限位块的数量均有多个，且多个压紧块关于横梁半成品轴向对称设置，多个限位块关于横梁半成品轴向对称设置，定位件支撑在横梁半成品的内部，横梁半成品正对定位件的外周对应有压紧块和限位块，压紧块位于定位件顶部，定位件与横梁凹凸配合，限位块位于定位件的两侧。

压紧块与横梁半成品凹凸配合，也即压紧块为仿形压块，压紧块固定安装在杠杆气缸的输出端。定位件固定在伸缩气缸的输出端。

辅助工装还包括用于将横梁半成品顶出的升降架，在焊接完成后，控制定位件远离横梁成品，并控制杠杆气缸撤销对压紧块的下压力，焊接完成的工件在升降架的上升下实现顶升，方便焊接完成后的取件。

本实施例中，拉延用的板材采用高强度钢，如高强钢CP800，焊接时，采用CMT技术进行焊接，焊接熔透率不小于60％。控制焊接电流为245-255A，电弧电压为17-21V，焊接速度为70-90CM/min；焊丝直径1.2mm。

因本实施例针对的横梁长度较长，常规焊接方式均为分段焊接，但是单纯采用分段焊接无法完全满足路试试验要求，存在部分横梁无法达到设计强度和刚度要求的情况，而采用CMT冷金属过渡技术进行焊接时，因为焊缝长，且焊缝存在波浪起伏，多次试验中依然存在连续焊接质量不合格的情况(见如下焊接试验表)，尤其常见的就是熔深无法达标的情况，导致焊缝质量依然不合格，为此发明人对焊接电流、电弧电压和焊接速度进行多次调控，终于解决了现有技术的难题，既实现了焊接的快速性又满足了焊缝的高质量要求。

焊接试验表

注：本试验表中焊接采用的板材厚度为2.6mm，熔深合格包括熔透率不小于60％、宽度均匀、焊缝高度均匀。

S3、采用激光切割切除两端的加工余量，确保横梁成品的焊接缝隙完全连续且均匀，得到如图4至图6所示的横梁结构。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.封闭式扭力梁横梁冲压焊接工艺，其特征在于：包括如下工艺步骤：

S1、冲压成型封闭截面的横梁半成品：采用厚度2.2-3.2mm板料成形技术冲压成型封闭截面的管状横梁半成品，成型后的横梁半成品在板料合拢位置形成不超过1.0mm的缝隙，横梁半成品在长度方向设有加工余量；

S2、焊接缝隙：采用连续焊接方式焊接缝隙，焊接时先在横梁半成品的加工余量位置焊接小段或者进行点焊，然后从横梁半成品缝隙的另一端开始进行连续焊接直至整条缝隙焊接完成；焊接时，焊接电流为245-255A，电弧电压为17-21V，焊接速度为70-90CM/min，焊接熔透率不小于60%。

2.根据权利要求1所述的封闭式扭力梁横梁冲压焊接工艺，其特征在于：焊接前对横梁半成品进行限位，包括在焊缝两侧设置下压横梁半成品的压紧块、在横梁半成品的截面外侧设置限位块和从横梁半成品端部设置支撑定位用的定位件。

3.根据权利要求2所述的封闭式扭力梁横梁冲压焊接工艺，其特征在于：所述压紧块和限位块的数量均有多个，且多个压紧块关于横梁半成品轴向对称设置，多个限位块关于横梁半成品轴向对称设置，定位件支撑在横梁半成品的内部，横梁半成品正对定位件的外周有压紧块和限位块，压紧块位于定位件顶部，定位件与横梁凹凸配合，限位块位于定位件的两侧。

4.根据权利要求2所述的封闭式扭力梁横梁冲压焊接工艺，其特征在于：所述压紧块与横梁半成品凹凸配合，所述压紧块固定安装在设有的杠杆气缸的输出端。

5.根据权利要求4所述的封闭式扭力梁横梁冲压焊接工艺，其特征在于：还包括用于将横梁半成品顶出的升降架，在焊接完成后，控制定位件远离横梁成品，并控制杠杆气缸撤销对压紧块的下压力，焊接完成的工件在升降架的上升下实现顶升。

6.根据权利要求1所述的封闭式扭力梁横梁冲压焊接工艺，其特征在于：所述加工余量位置焊接的小段焊缝的长度为7-8mm。

7.根据权利要求1所述的封闭式扭力梁横梁冲压焊接工艺，其特征在于：所述步骤S1中，冲压成型封闭截面的横梁半成品的具体步骤如下：

S11、对板材中部进行冲压拉伸，拉伸构造的中部截面呈U形或V形，拉伸构造在长度方向从中间至两端逐渐变为平缓的弧形；

S12、对完成步骤S11的板材进行冲压修边，修边尺寸根据最终成型后的横梁半成品的缝隙进行边线补偿，确保后续步骤的横梁半成品合拢位置的缝隙宽度不超过1.0mm；

S13、对完成步骤S12的板材进行翻边，翻边后的板材中部截面呈W形；

S14、将W形的板材自由端合拢。