車架焊道防腐優(yōu)化研究

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本文作者：曹曉根1高靜2作者單位：1.長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心2.河北省汽車工程技術(shù)研究中心

1前言

重卡、皮卡、部分SUV(即運(yùn)動(dòng)型多功能車)等汽車車身往往采用非承載車身結(jié)構(gòu)，其車身與車架獨(dú)立。車架作為車身的重要組成部分對(duì)整車的作用不言而喻，其對(duì)承載系統(tǒng)的平均抗扭剛度的貢獻(xiàn)率模擬計(jì)算在31.5%左右[1]。車架防腐主要是保護(hù)車架以防銹蝕甚至銹穿。它不僅能提高車身的外觀質(zhì)量，而且是整車保持持續(xù)安全性能的有效保證。為了保證車架的耐腐蝕性，目前大多采用涂層防腐的方式。然而焊道由于其特殊性，防腐效果遠(yuǎn)不及車架基材。本文結(jié)合某車架車間的實(shí)際情況，分析可能采用的防腐措施。

2存在的問(wèn)題及原因

本公司車架車間擔(dān)負(fù)A、B系列車型的車架生產(chǎn)，產(chǎn)能設(shè)計(jì)為10萬(wàn)臺(tái)/a，自2005年量產(chǎn)后一直負(fù)責(zé)公司的車架生產(chǎn)。車架車間設(shè)有沖壓、焊接、涂裝等主要工藝。其中，焊接有3條生產(chǎn)線(最快節(jié)拍為5min)，涂裝有1條生產(chǎn)線(每掛3個(gè)或4個(gè)車架，節(jié)拍5min)。在設(shè)計(jì)之初，依據(jù)我國(guó)汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T484–1999《汽車油漆涂層》的規(guī)定，涂層代號(hào)為TQ4的車架、車輪擋泥板組屬優(yōu)質(zhì)防腐蝕涂層，其涂層厚度不能低于20μm，耐中性鹽霧不得低于500h。公司結(jié)合自身的產(chǎn)品定位，采用防腐能力較好的陰極電泳漆。車架的主要材料是熱軋?zhí)妓劁摪逡约跋嘟馁|(zhì)的ER50-6焊絲形成的焊道。焊接時(shí)采用自動(dòng)送絲，用CO2作為保護(hù)氣。通過(guò)劃格試驗(yàn)證明電泳漆(含磷化)與鋼板及焊道均具有良好的附著，工件的耐中性鹽霧時(shí)間按ASTMB117–2007標(biāo)準(zhǔn)(單向擴(kuò)蝕2mm)也達(dá)到800h以上，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室及工件的相應(yīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證合格后進(jìn)行量產(chǎn)。量產(chǎn)后約兩年，在對(duì)市場(chǎng)上的車輛進(jìn)行例行抽樣質(zhì)檢時(shí)發(fā)現(xiàn)，部分車架焊道表面出現(xiàn)局部銹蝕，嚴(yán)重的銹蝕深度約0.2mm。與市場(chǎng)上其他公司同期車型進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)類似問(wèn)題普遍存在，但銹蝕程度差異較大，嚴(yán)重的銹蝕深度接近0.5mm。盡管與市場(chǎng)上其他公司的產(chǎn)品相比，本公司車架的銹蝕更輕，但考慮到公司未來(lái)的發(fā)展，須對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)。通過(guò)對(duì)工件進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，確認(rèn)其耐鹽霧性能并無(wú)問(wèn)題，為何卻在使用兩年后出現(xiàn)銹蝕，并且銹蝕部位全部集中在焊道上？檢查發(fā)現(xiàn)，車架經(jīng)焊接后，焊道上有黃色的結(jié)晶物，而且黃色結(jié)晶物存在的面積與實(shí)際銹蝕的大小比較接近。經(jīng)檢測(cè)，該黃色結(jié)晶物的成分為Fe、Si、Mn等元素的氧化物。由于其不導(dǎo)電，故在電泳時(shí)表面無(wú)電泳漆。若在焊接前涂抹防濺劑，結(jié)晶的大小和數(shù)量稍稍減小，但總面積減少不超過(guò)20%；調(diào)整CO2的流量，結(jié)晶面無(wú)明顯變化。

3改進(jìn)方案

3.1改進(jìn)目標(biāo)

通過(guò)與進(jìn)口的部分品牌高端皮卡進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，其焊道表面同樣存在黃色結(jié)晶物，但面積要小得多。為此，將黃色結(jié)晶物確定為標(biāo)桿，根據(jù)產(chǎn)品定位，擬將目標(biāo)確定為單個(gè)黃色晶體面積不超過(guò)0.15cm2；長(zhǎng)度為1m的焊道，面積超過(guò)0.1cm2的黃色晶體數(shù)量不超過(guò)2個(gè)。考慮到對(duì)黃色晶體表面進(jìn)行保護(hù)同樣可保證耐腐蝕性能，故增加平行目標(biāo)，焊道處抗石擊性能不低于其他電泳部位(試板電泳膜厚為20μm)。

3.2改進(jìn)方案對(duì)比

用TRIZ(即發(fā)明問(wèn)題的解決理論)進(jìn)行分析，結(jié)合目前的技術(shù)狀況，找出9種解決方案，從施工條件、投入及優(yōu)缺點(diǎn)等方面進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表1。

3.3改進(jìn)方案的確定

由表1可見(jiàn)，方案3和方案4效果不佳且造成環(huán)境污染，排除；方案5與方案1對(duì)比，在質(zhì)量上無(wú)優(yōu)勢(shì)，排除；方案8與方案7相比，僅在再涂性上有優(yōu)勢(shì)，而該車架無(wú)須再涂面漆，考慮成本因素，排除；方案1、2、7互斥，排除效果較差的方案1，而方案7需要較大面積的晾干區(qū)，實(shí)際場(chǎng)地實(shí)現(xiàn)困難，改造成本高，排除。因此，剩余的方案有2、6和9。方案6可達(dá)到改進(jìn)目標(biāo)，且實(shí)現(xiàn)容易，增加的費(fèi)用也可接受，故可選。但該方案在解決問(wèn)題方面并不完美，如在泛歐或北美一些冬季撒鹽的地區(qū)會(huì)加重車輛的腐蝕，因此需要針對(duì)特定地區(qū)考慮采用方案2或方案9。由于方案9的工藝性較差，涉及車輛相對(duì)較少，且需要對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行改造，故可采用外包方式，在車輛完成后交由外協(xié)廠進(jìn)行施工。

3.4混合保護(hù)氣的更換

在保證最初改進(jìn)目標(biāo)的前提下，方案6的實(shí)現(xiàn)相對(duì)容易，其減少了焊道表面氧化物顆粒，使焊道的防腐性能有明顯改善，且在改進(jìn)焊道防腐的前提下單個(gè)車架成本控制最低，能明顯減少環(huán)境污染。以方案6對(duì)小樣進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，焊接后的照片見(jiàn)圖1。可以看到，將混合保護(hù)氣由CO2改為80%Ar+20%CO2后，黃色結(jié)晶的面積大幅度減小。

4實(shí)施效果

2008年，將保護(hù)氣由CO2改為80%Ar+20%CO2的混合氣體后發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)施工工藝能滿足質(zhì)量要求。首批車架入市1a、2a和3a后，對(duì)其分別進(jìn)行了抽樣檢查，結(jié)果單點(diǎn)表面腐蝕面積不超過(guò)0.1cm2，深度不超過(guò)0.1mm，腐蝕情況明顯優(yōu)于換氣前的產(chǎn)品。采用底盤裝甲的產(chǎn)品，表面未出現(xiàn)銹蝕，質(zhì)量?jī)?yōu)于同類合資品牌產(chǎn)品。至此，車架焊道的防腐處理改進(jìn)基本完成。

5結(jié)語(yǔ)

車架是車身的重要組成部分，其承受來(lái)自車上和地面上的各種靜、動(dòng)載荷，支撐連接汽車的各零部件及總成，所以是防腐的關(guān)鍵部件。具有高防腐性能的車架增強(qiáng)了整車在汽車市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)力。因此，從公司前景出發(fā)，質(zhì)量從細(xì)節(jié)著手，就可以在同等水平的系列車型上以細(xì)節(jié)贏得成功。