车架焊道防腐优化研究

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本文作者：曹晓根1高静2作者单位：1.长城汽车股份有限公司技术中心2.河北省汽车工程技术研究中心

1前言

重卡、皮卡、部分SUV(即运动型多功能车)等汽车车身往往采用非承载车身结构，其车身与车架独立。车架作为车身的重要组成部分对整车的作用不言而喻，其对承载系统的平均抗扭刚度的贡献率模拟计算在31.5%左右[1]。车架防腐主要是保护车架以防锈蚀甚至锈穿。它不仅能提高车身的外观质量，而且是整车保持持续安全性能的有效保证。为了保证车架的耐腐蚀性，目前大多采用涂层防腐的方式。然而焊道由于其特殊性，防腐效果远不及车架基材。本文结合某车架车间的实际情况，分析可能采用的防腐措施。

2存在的问题及原因

本公司车架车间担负A、B系列车型的车架生产，产能设计为10万台/a，自2005年量产后一直负责公司的车架生产。车架车间设有冲压、焊接、涂装等主要工艺。其中，焊接有3条生产线(最快节拍为5min)，涂装有1条生产线(每挂3个或4个车架，节拍5min)。在设计之初，依据我国汽车行业标准QC/T484–1999《汽车油漆涂层》的规定，涂层代号为TQ4的车架、车轮挡泥板组属优质防腐蚀涂层，其涂层厚度不能低于20μm，耐中性盐雾不得低于500h。公司结合自身的产品定位，采用防腐能力较好的阴极电泳漆。车架的主要材料是热轧碳素钢板以及相近材质的ER50-6焊丝形成的焊道。焊接时采用自动送丝，用CO2作为保护气。通过划格试验证明电泳漆(含磷化)与钢板及焊道均具有良好的附着，工件的耐中性盐雾时间按ASTMB117–2007标准(单向扩蚀2mm)也达到800h以上，通过实验室及工件的相应实验验证合格后进行量产。量产后约两年，在对市场上的车辆进行例行抽样质检时发现，部分车架焊道表面出现局部锈蚀，严重的锈蚀深度约0.2mm。与市场上其他公司同期车型进行对比，发现类似问题普遍存在，但锈蚀程度差异较大，严重的锈蚀深度接近0.5mm。尽管与市场上其他公司的产品相比，本公司车架的锈蚀更轻，但考虑到公司未来的发展，须对此问题进行改进。通过对工件进行试验验证，确认其耐盐雾性能并无问题，为何却在使用两年后出现锈蚀，并且锈蚀部位全部集中在焊道上？检查发现，车架经焊接后，焊道上有黄色的结晶物，而且黄色结晶物存在的面积与实际锈蚀的大小比较接近。经检测，该黄色结晶物的成分为Fe、Si、Mn等元素的氧化物。由于其不导电，故在电泳时表面无电泳漆。若在焊接前涂抹防溅剂，结晶的大小和数量稍稍减小，但总面积减少不超过20%；调整CO2的流量，结晶面无明显变化。

3改进方案

3.1改进目标

通过与进口的部分品牌高端皮卡进行对比发现，其焊道表面同样存在黄色结晶物，但面积要小得多。为此，将黄色结晶物确定为标杆，根据产品定位，拟将目标确定为单个黄色晶体面积不超过0.15cm2；长度为1m的焊道，面积超过0.1cm2的黄色晶体数量不超过2个。考虑到对黄色晶体表面进行保护同样可保证耐腐蚀性能，故增加平行目标，焊道处抗石击性能不低于其他电泳部位(试板电泳膜厚为20μm)。

3.2改进方案对比

用TRIZ(即发明问题的解决理论)进行分析，结合目前的技术状况，找出9种解决方案，从施工条件、投入及优缺点等方面进行分析，结果见表1。

3.3改进方案的确定

由表1可见，方案3和方案4效果不佳且造成环境污染，排除；方案5与方案1对比，在质量上无优势，排除；方案8与方案7相比，仅在再涂性上有优势，而该车架无须再涂面漆，考虑成本因素，排除；方案1、2、7互斥，排除效果较差的方案1，而方案7需要较大面积的晾干区，实际场地实现困难，改造成本高，排除。因此，剩余的方案有2、6和9。方案6可达到改进目标，且实现容易，增加的费用也可接受，故可选。但该方案在解决问题方面并不完美，如在泛欧或北美一些冬季撒盐的地区会加重车辆的腐蚀，因此需要针对特定地区考虑采用方案2或方案9。由于方案9的工艺性较差，涉及车辆相对较少，且需要对场地进行改造，故可采用外包方式，在车辆完成后交由外协厂进行施工。

3.4混合保护气的更换

在保证最初改进目标的前提下，方案6的实现相对容易，其减少了焊道表面氧化物颗粒，使焊道的防腐性能有明显改善，且在改进焊道防腐的前提下单个车架成本控制最低，能明显减少环境污染。以方案6对小样进行对比试验，焊接后的照片见图1。可以看到，将混合保护气由CO2改为80%Ar+20%CO2后，黄色结晶的面积大幅度减小。

4实施效果

2008年，将保护气由CO2改为80%Ar+20%CO2的混合气体后发现，现场施工工艺能满足质量要求。首批车架入市1a、2a和3a后，对其分别进行了抽样检查，结果单点表面腐蚀面积不超过0.1cm2，深度不超过0.1mm，腐蚀情况明显优于换气前的产品。采用底盘装甲的产品，表面未出现锈蚀，质量优于同类合资品牌产品。至此，车架焊道的防腐处理改进基本完成。

5结语

车架是车身的重要组成部分，其承受来自车上和地面上的各种静、动载荷，支撑连接汽车的各零部件及总成，所以是防腐的关键部件。具有高防腐性能的车架增强了整车在汽车市场上竞争力。因此，从公司前景出发，质量从细节着手，就可以在同等水平的系列车型上以细节赢得成功。