某微卡后橋殼焊縫開裂問題處理

張翠

安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司商用車研究院，安徽合肥 231200

0 引言

后橋殼總成主要由上下橋殼、輪轂軸管、鋼板彈簧導(dǎo)向座、加強(qiáng)環(huán)、后蓋等組成。橋殼是安裝主減速器、差速器、半軸、輪轂和懸架的基礎(chǔ)件，起著支承并保護(hù)主減速器、差速器和半軸的作用。同時(shí)，它又是行駛系的主要組成件之一，承受汽車質(zhì)量，使左、右驅(qū)動(dòng)車輪的軸向相對(duì)位置固定。汽車行駛時(shí)，承受驅(qū)動(dòng)輪傳來的各種作用力及反作用力力矩，并通過懸架傳給車架。對(duì)整車承載和力的傳遞起至關(guān)重要的作用。某微型卡車在開發(fā)驗(yàn)證時(shí)出現(xiàn)了橋殼半軸套管焊縫開裂的問題，對(duì)整車的安全性能產(chǎn)生了極壞的影響。為此，文中針對(duì)此問題，提出了改進(jìn)方案，并通過了試驗(yàn)驗(yàn)證，最終解決了開裂問題。

1 故障現(xiàn)象

試驗(yàn)人員在對(duì)新車進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，車輛行駛過程中突然聽到有異響隨后車輛歪斜，停車排查發(fā)現(xiàn)：后橋橋殼左側(cè)方管與圓管焊接位置整體斷開，半軸連同輪胎脫出，整車動(dòng)力中斷，無法正常行駛。

2 故障調(diào)查

故障發(fā)生后相關(guān)人員立即開始對(duì)試驗(yàn)車輛出現(xiàn)故障的原因進(jìn)行排查，通過對(duì)出現(xiàn)故障試驗(yàn)車輛的試驗(yàn)路況、試驗(yàn)載荷情況及故障件情況著手調(diào)查，逐步排查確認(rèn)出現(xiàn)故障的原因。

2.1 試驗(yàn)路況

整車驗(yàn)證路況按整車設(shè)計(jì)驗(yàn)證需求包含磨合、高速環(huán)道、耐久道路、山區(qū)道路、一般道路、城市道路等。試驗(yàn)道路設(shè)置建設(shè)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)修建，符合汽車試驗(yàn)道路驗(yàn)證需求，故障發(fā)生在耐久道路驗(yàn)證時(shí)，屬于試驗(yàn)驗(yàn)證過程中存在的正常情況。

2.2 試驗(yàn)載荷

故障車輛的整車試驗(yàn)載荷按整車設(shè)計(jì)要求，滿載載質(zhì)量3 195 kg(含整車質(zhì)量)，進(jìn)行可靠性驗(yàn)證，試驗(yàn)載荷采用多個(gè)的沙袋均勻分布在貨箱內(nèi)部，不存在載荷分布不均的現(xiàn)象，由此確認(rèn)試驗(yàn)載荷裝配符合設(shè)計(jì)要求。

2.3 故障件分析

2.3.1 失效件檢測(cè)

對(duì)失效件材質(zhì)、硬度進(jìn)行檢測(cè)，橋殼材質(zhì)Q460、半軸套管材質(zhì)45號(hào)鋼，檢測(cè)結(jié)果符合材料要求。半軸套管圖紙要求硬度為180～220HB，實(shí)際測(cè)得的硬度為205HB，硬度符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。

2.3.2 失效件分析

對(duì)失效件進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該后橋殼在組焊上下橋殼時(shí)錯(cuò)邊量超差(標(biāo)準(zhǔn)要求1.5 mm，失效件2.6 mm)，如圖1所示。通過對(duì)半軸套管失效件焊口切割分析，半軸套管上方與橋坯焊縫符合工藝要求，半軸套管下方與橋坯焊縫熔深為60%左右(環(huán)焊縫工藝判定標(biāo)準(zhǔn)為100%熔深)，如圖2所示，焊接強(qiáng)度不合格。

圖1 橋殼焊縫錯(cuò)邊示意

圖2 半軸套管上方與橋坯焊縫切口示意

從失效件可以看出半軸套管與下橋坯接觸面斷口平齊，斷面處由無數(shù)發(fā)亮的小平面組成，并且斷裂處無明顯的宏觀塑性變形和疲勞裂紋。焊縫在較大的沖擊載荷作用下，應(yīng)力比較集中，因此失效形式為較大的沖擊載荷下發(fā)生脆性斷裂。脆性斷裂幾乎沒有亞穩(wěn)擴(kuò)展階段，并且有斷裂快等特點(diǎn)，從該失效件斷裂方式可確定焊縫強(qiáng)度明顯不足。由此故障件分析可知，焊縫開裂的原因主要是焊接工序出現(xiàn)問題導(dǎo)致。

2.3.3 人-機(jī)-料-法-環(huán)分析

對(duì)橋殼焊接工藝進(jìn)行“人-機(jī)-料-法-環(huán)”各個(gè)方面的深入分析，找到半軸套管斷裂的原因，其分析結(jié)果如圖3所示。

圖3 半軸套管斷裂分析樹狀圖

由圖3的斷裂分析可排除機(jī)械設(shè)備、物料、焊接方法，環(huán)境等因素，確定焊縫強(qiáng)度降低開裂的原因?yàn)榻M焊工序人員的操作失誤導(dǎo)致故障件錯(cuò)邊量超差，原因主要有：

(1)由于操作者按上橋殼焊縫調(diào)整焊槍位置，導(dǎo)致焊接下橋坯時(shí)焊槍未處于橋殼與半軸套管中心，焊縫偏向套管一側(cè)；

(2)環(huán)焊工序人員未對(duì)深入的問題件進(jìn)行識(shí)別，且未對(duì)故障件進(jìn)行隔離，直接將上下橋殼與半軸套管環(huán)焊，從而導(dǎo)致環(huán)焊強(qiáng)度變低。

2.3.4 故障在現(xiàn)

策劃模擬還原失效件焊縫狀態(tài)，通過調(diào)整焊接參數(shù)、組焊、環(huán)焊工藝參數(shù)等，焊接后橋殼總成，盡可能使焊接的后橋殼總成與失效件狀態(tài)一致，通過臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證模擬件斷裂的狀態(tài)。

臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果表明：臺(tái)架試驗(yàn)進(jìn)行到48萬次時(shí)，橋殼環(huán)焊縫位置即出現(xiàn)斷裂。理論上橋殼臺(tái)架試驗(yàn)失效部位一般在板簧座附近。此模擬件臺(tái)架試驗(yàn)失效部位模式和故障件失效位置模式一致，從而驗(yàn)證故障殼原因分析合理。

3 原因確認(rèn)

由于上下橋殼與半軸套管組合焊接時(shí)按上橋殼焊縫調(diào)整焊槍位置，而組焊上下橋殼時(shí)由于操作不當(dāng)使上下橋殼錯(cuò)邊量又存在超差(標(biāo)準(zhǔn)要求1.5 mm，失效件2.6 mm)如圖4所示，導(dǎo)致下橋殼與半軸套管組焊時(shí)焊槍未處于橋殼與半軸套管中心，半軸套管下方與橋橋殼焊縫熔深為60%左右(環(huán)焊縫工藝判定標(biāo)準(zhǔn)為100%熔深)，焊接強(qiáng)度降低，在沖擊載荷的作用下發(fā)生脆性斷裂，由此確認(rèn)故障原因?yàn)椋航M焊上下橋坯時(shí)錯(cuò)邊量超差，導(dǎo)致上下橋殼與半軸套管組合焊縫強(qiáng)度不足，在沖擊載荷的作用下焊縫發(fā)生脆性斷裂。

圖4 上下橋殼錯(cuò)邊量超差示意

4 整改措施

4.1 臨時(shí)措施

(1)對(duì)失效后橋進(jìn)行更換，失效件退回分析；

(2)排查現(xiàn)有庫存橋殼，對(duì)橋殼與半軸套管環(huán)焊搭接量及焊縫熔深率進(jìn)行檢驗(yàn)，半軸套管熔深率100%，符合技術(shù)要求；

(3)根據(jù)故障件生產(chǎn)批次號(hào)對(duì)該批次產(chǎn)品進(jìn)行追溯查詢，確認(rèn)是否存在問題，并對(duì)存在問題的及時(shí)處理。

4.2 改進(jìn)措施

(1)制作防焊縫錯(cuò)邊工裝，組焊前將工裝卡在焊縫位置組焊橋坯 ，控制預(yù)防錯(cuò)邊超差；

(2)制作套管環(huán)焊縫通止規(guī)，橋坯組焊過程使用通止規(guī)對(duì)上下坯焊縫進(jìn)行檢驗(yàn)，確保焊縫寬度符合圖紙要求(1.2～2.2 mm)；

(3)優(yōu)化半軸套管環(huán)焊工藝，焊接前旋轉(zhuǎn)橋殼對(duì)焊槍位置100%確認(rèn)，確保焊絲處于橋坯與半軸套管中間；

(4)固化工藝文件，工藝文件增加焊縫理論位置監(jiān)控項(xiàng)，以保證焊后件的檢查、監(jiān)控；(5)加大對(duì)該序工藝執(zhí)行檢驗(yàn)監(jiān)察力度，橋殼組焊并做到100%自檢，橋殼組焊過程對(duì)單側(cè)錯(cuò)邊量大于1.5 mm的按不合格品處理；

(6)下道工序做到100%對(duì)上道工序的檢驗(yàn)，實(shí)施上錯(cuò)下不收原則；

(7)季度對(duì)半軸套管環(huán)焊處進(jìn)行切塊檢驗(yàn)焊縫熔深率。

4.3 預(yù)防措施

(1)制作半軸套管環(huán)焊縫工裝，組焊后對(duì)半軸套管與橋坯間隙進(jìn)行確認(rèn);

(2)檢驗(yàn)員、工藝員對(duì)半軸套管環(huán)焊縫間隙進(jìn)行不定期抽檢;

(3)提高對(duì)半軸套管環(huán)接處切塊進(jìn)行焊縫熔深率檢驗(yàn)頻次，由原半年每次提高為季度每次;

(4)檢驗(yàn)員按《抽樣檢驗(yàn)方案及接收準(zhǔn)則》中要求另外加嚴(yán)抽檢比例，對(duì)半軸套管環(huán)焊縫進(jìn)行檢驗(yàn)確認(rèn)。

5 效果驗(yàn)證

5.1 工藝驗(yàn)證

組焊橋殼下線，對(duì)焊縫寬度進(jìn)行檢驗(yàn)，確保焊縫寬度一致性(均保證1.5～2.2 mm)，符合要求工藝以及圖紙要求，焊縫寬度分別按1.5、1.8、2.0、2.2 mm控制環(huán)焊半軸套管，對(duì)橋殼組焊的縫寬度熔深率進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果表明熔深率均可達(dá)到100%，如圖5所示。

圖5 不同焊縫寬度下的熔深率

5.2 OTS臺(tái)架驗(yàn)證

OTS臺(tái)架驗(yàn)證情況如下：整改后的橋殼按設(shè)計(jì)載荷進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)，3臺(tái)橋殼疲勞試驗(yàn)分別進(jìn)行81萬次、82萬次、85萬次(中值大于80萬次)均未出現(xiàn)損壞，垂直彎曲強(qiáng)度后備系數(shù)6.8、6.5、6.7(大于6)，剛性試驗(yàn)變形量1.2、1.1、1.0 mm(不超過1.5 mm)，橋殼垂直彎曲剛性、垂直彎曲靜強(qiáng)度和垂直彎曲疲勞試驗(yàn)滿均滿足QC/T 53《汽車驅(qū)動(dòng)橋臺(tái)架評(píng)價(jià)指標(biāo)》標(biāo)準(zhǔn)要求。

5.3 可靠性驗(yàn)證

整改后的樣件基于整車進(jìn)行可靠性驗(yàn)證，同一平臺(tái)后橋配不同動(dòng)力車型裝在整車進(jìn)行可靠性驗(yàn)證，整車分別按設(shè)計(jì)滿載質(zhì)量，進(jìn)行高速環(huán)道、耐久道路、山區(qū)道路、一般道路，城市道路等路況進(jìn)行驗(yàn)證，累計(jì)驗(yàn)證里程為263 625 km均未出現(xiàn)問題，強(qiáng)化路累計(jì)驗(yàn)證里程39 260 km無問題，滿足整車使用需求。

5.4 市場(chǎng)驗(yàn)證

為將該產(chǎn)品進(jìn)行充分驗(yàn)證避免市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)，將匹配同橋殼平臺(tái)后橋的整車在市場(chǎng)進(jìn)行小批量驗(yàn)證，共計(jì)投放218輛；依次記錄整車底盤號(hào)，并對(duì)投放市場(chǎng)的產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。實(shí)時(shí)了解樣件狀態(tài)。同時(shí)通過DMS系統(tǒng)監(jiān)控后橋故障反饋情況，通過近兩年的跟蹤檢測(cè)未反饋橋殼環(huán)焊縫開裂故障，由此確認(rèn)整改措施有效。

6 結(jié)論

(1)后橋橋殼開裂問題，需先從整車承載、使用路況、樣件失效模式等方面全面系統(tǒng)排查；

(2)故障分析時(shí)，應(yīng)全面分析系統(tǒng)考慮，確保原因分析準(zhǔn)確合理；

(3)問題整改時(shí)，針對(duì)問題措施要切實(shí)有效，杜絕此類問題再次發(fā)生，效果驗(yàn)證需充分。