摩托车车架的焊接变形及减小变形的措施

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摩托车车架的焊接变形及减小变形的措施
摩托车车架多数采用复杂管、板式焊接结构，是摩托车的支撑骨架，在整车中既要满足众多车体零件安装的要求，又要保证车辆行驶平稳，因此对车架的结构尺寸和形状精度要求较高。摩托车车架焊接后往往会出现变形，不但直接影响整车装配及整车性能，还可能降低车架结构的承载能力引发事故，因此制造中限制和消除焊接变形非常重要。控制摩托车车架的焊接变形主要从设计和工艺2个方面解决，现探讨如何控制车架焊接变形的措施。

    1、影响车架变形的因素和焊接变形的种类
    1 影响因素 影响车架焊接变形的因素有很多，主要有以下几点：
    a) 焊接工艺方法：不同的焊接方法将产生不同的温度场，形成的热变形也不相同。一般来说自动焊比手工焊加热集中，受势区窄，变形较小；CO2气体保护焊焊丝细，电流密度大，加热集中，变形小，比手工焊更适合于车架焊接。
    b) 焊接参数（焊接电流、电弧电压、焊接速度(Tempo)）：焊接变形随焊接电流和电弧电压增大而增大，随焊接速度(Tempo)增快而减小，其中电弧电压的作用明显。因此低电压、高速(High Speed)大电流密度的自动焊变形较小。
    c) 焊缝数量和断面大小：焊缝数量愈多，断面尺寸愈大，焊接变形愈大。

    d) 施焊方法：连续焊、断续焊的温度场不同，产生的热变形也不同。通常连续焊变形较大，断续焊变形较小。
    e) 材料的热物理性能：不同材料的导热系数、比热和膨胀系数等均不同，产生的热变形不同，焊接变形也不同。
    f) 焊接夹具的设计合理性：采用焊接夹具，增加了构件的刚性，从而影响到焊接变形。
    g) 构件焊接程序：焊接程序能引起构件在不同组合阶段刚性变化和质心位置改变，对控制构件焊接变形有很大影响。

    1．2 车架焊接变形的种类 车架结构的焊接变形分为整体变形和局部变形，整体变形是焊接以后，整个构件的尺寸或形状发生变化，包括纵向和横向收缩，弯曲变形和扭曲变形等；局部变形是指焊接后构件的局部区域出现变形，包括角变形和波浪变形等。
    2、设计措施
    2．1 合理的焊缝尺寸和形式 焊缝尺寸直接关系到车架的焊接工作量和焊接变形大小，焊缝尺寸大，焊接工作量大，焊接变形也大。因此，在保证车架承载能力的情况下，应尽量减小焊缝尺寸，但并不是说焊缝尺寸越小越好，焊缝尺寸太小，冷却速度(Tempo)快，容易产生裂纹、热影响区硬度过高等焊接缺陷；应在保证焊接质量的前提下，按板厚（管壁厚）来选取工艺上允许的最小焊缝尺寸。

    2．2 合理的焊缝数目 在车架结构中力求焊缝数量合理，焊缝不宜过分集中，尽量避免2条或3条焊缝垂直交叉。有时为了减小车架质量，采用壁厚较薄的钢管加筋板来焊接车架，以提高车架的稳定性和刚性，其实这样既增加了构件和焊接的工作量，还因焊接变形大增加校正工时。因此，适当增加管壁厚或管径，减少筋板，车架质量稍大一些也是比较经济的。另外，合理选择筋板形状，适当安排筋板位置，也可以减少焊缝达到提高筋板加固的效果。
    2．3 合理的焊缝位置 设计车架时，尽可能将焊缝对称于截面中性轴，这样能使焊缝引起的挠曲变形互相抵消；或者使焊缝接近断面中性轴，以减少焊缝引起的挠曲。

    3、工艺措施
    3．1 反变形法 反变形法是事先估计好焊接结构变形的大小和方向，然后在组合（点固焊）时给予一个相反方向的变形来抵消焊接变形，这是使焊后构件保持设计要求的一种工艺方法，也是车架生产中较常用的一种控制变形方法。 因焊接变形影响因素很多，包括焊接顺序、拘束度、焊接条件和接头特征等，焊接手册中的变形估算公式及有关图表只能提供一个大致数值，有关变形量的确定可以参考文献。在实际生产的工艺规范和相同条件下通过试验来实测确定，再根据所得数据确定反变形量，并在焊胎制造中应用，可获得比较好的效果。

    3．2 刚性固定法 当不便采用反变形时，将零部件加以固定来限制焊接变形。车架生产中普遍采用焊接夹具定位和紧固，装夹的刚度越大，变形越小。
    3．3 合理施焊 CO2气体保护焊与其它电弧焊相比，具有生产率高、焊接成本低、能耗低、适用范围广、抗锈能力强、焊后无须清渣等优点，所以车架采用CO2气体保护自动（半自动）焊接。同时由于CO2气体保护焊电弧热量集中，加热面积小，以及CO2气流的冷却作用，所以，工件的焊接变形也较小。此外，在焊接时适当降低规范，选用较低的线能量，可以有效地防止焊接变形，但线能量不能过低，否则影响焊接质量。

    3．4 合理的焊接顺序 焊接顺序对焊接结构的变形有很大影响。焊接顺序合理，焊接变形可以通过自由收缩，互相抵消；焊接顺序不合理，焊接变形将互相叠加。为便于控制焊接变形，尽量采用对称焊接，以使焊缝引起的变形相互抵消。焊缝不对称的，先焊焊缝少的一侧，因为焊缝越长，变形越大，先焊焊缝少的一侧，可以增大焊缝多的一侧施焊时焊件的结构刚度和反变形能力。

    4、焊接变形的矫正 车架焊接过程中，虽然在车架结构设计和工艺上采取多种措施来控制施焊过程中所产生的焊接变形，但由于焊接过程的特点和车架焊接工艺的复杂性，还或多或少产生焊接变形，为此必须矫正超过设计要求的焊接变形。
    矫正工艺只限于矫正焊接构件的局部变形，如角变形、弯曲变形和波浪变形等，对于车架结构的整体变形如纵向和横向收缩（总尺寸缩短），只能通过下料或装配时预放余量来补偿。机械矫正法是在室温条件下，对焊接施加外力，使构件压缩塑性变形区的金属伸展减少或消除焊缝区的塑性变形，达到矫正变形的目的；如车架焊完后可以在矫正整形胎上矫正整形，以保证车头管中心线与车架中心平面的垂直度。此外各部件焊完后也整形，以避免产生综合效应。实际操作中还应注意自然时效的作用，必须通过经验积累和严格检验手段保证矫正的精度。
    5、结论 综上所述，车架在制造过程中，焊接变形是不可避免的，只能采取有效的设计和工艺措施控制焊接变形，并对超出公差要求的焊接变形进行矫正，才能达到车架强度、使用性能及经济性能的要求。实际生产中，只有对焊接进行全过程控制，才能更有效控制车架的焊接变形，达到保证车架尺寸精度和装配要求的目的。