某微卡后橋殼焊縫開裂問題處理

張翠

安徽江淮汽車集團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、鋼板彈簧導向座、加強環、后蓋等組成。橋殼是安裝主減速器、差速器、半軸、輪轂和懸架的基礎件，起著支承并保護主減速器、差速器和半軸的作用。同時，它又是行駛系的主要組成件之一，承受汽車質量，使左、右驅動車輪的軸向相對位置固定。汽車行駛時，承受驅動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。對整車承載和力的傳遞起至關重要的作用。某微型卡車在開發驗證時出現了橋殼半軸套管焊縫開裂的問題，對整車的安全性能產生了極壞的影響。為此，文中針對此問題，提出了改進方案，并通過了試驗驗證，最終解決了開裂問題。

1 故障現象

試驗人員在對新車進行驗證時，車輛行駛過程中突然聽到有異響隨后車輛歪斜，停車排查發現：后橋橋殼左側方管與圓管焊接位置整體斷開，半軸連同輪胎脫出，整車動力中斷，無法正常行駛。

2 故障調查

故障發生后相關人員立即開始對試驗車輛出現故障的原因進行排查，通過對出現故障試驗車輛的試驗路況、試驗載荷情況及故障件情況著手調查，逐步排查確認出現故障的原因。

2.1 試驗路況

整車驗證路況按整車設計驗證需求包含磨合、高速環道、耐久道路、山區道路、一般道路、城市道路等。試驗道路設置建設按國家標準修建，符合汽車試驗道路驗證需求，故障發生在耐久道路驗證時，屬于試驗驗證過程中存在的正常情況。

2.2 試驗載荷

故障車輛的整車試驗載荷按整車設計要求，滿載載質量3 195 kg(含整車質量)，進行可靠性驗證，試驗載荷采用多個的沙袋均勻分布在貨箱內部，不存在載荷分布不均的現象，由此確認試驗載荷裝配符合設計要求。

2.3 故障件分析

2.3.1 失效件檢測

對失效件材質、硬度進行檢測，橋殼材質Q460、半軸套管材質45號鋼，檢測結果符合材料要求。半軸套管圖紙要求硬度為180～220HB，實際測得的硬度為205HB，硬度符合圖紙設計要求。

2.3.2 失效件分析

對失效件進行分析，發現該后橋殼在組焊上下橋殼時錯邊量超差(標準要求1.5 mm，失效件2.6 mm)，如圖1所示。通過對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(環焊縫工藝判定標準為100%熔深)，如圖2所示，焊接強度不合格。

圖1 橋殼焊縫錯邊示意

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，斷面處由無數發亮的小平面組成，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，應力比較集中，因此失效形式為較大的沖擊載荷下發生脆性斷裂。脆性斷裂幾乎沒有亞穩擴展階段，并且有斷裂快等特點，從該失效件斷裂方式可確定焊縫強度明顯不足。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問題導致。

2.3.3 人-機-料-法-環分析

對橋殼焊接工藝進行“人-機-料-法-環”各個方面的深入分析，找到半軸套管斷裂的原因，其分析結果如圖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械設備、物料、焊接方法，環境等因素，確定焊縫強度降低開裂的原因為組焊工序人員的操作失誤導致故障件錯邊量超差，原因主要有：

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

(2)環焊工序人員未對深入的問題件進行識別，且未對故障件進行隔離，直接將上下橋殼與半軸套管環焊，從而導致環焊強度變低。

2.3.4 故障在現

策劃模擬還原失效件焊縫狀態，通過調整焊接參數、組焊、環焊工藝參數等，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一致，通過臺架試驗驗證模擬件斷裂的狀態。

臺架試驗結果表明：臺架試驗進行到48萬次時，橋殼環焊縫位置即出現斷裂。理論上橋殼臺架試驗失效部位一般在板簧座附近。此模擬件臺架試驗失效部位模式和故障件失效位置模式一致，從而驗證故障殼原因分析合理。

3 原因確認

由于上下橋殼與半軸套管組合焊接時按上橋殼焊縫調整焊槍位置，而組焊上下橋殼時由于操作不當使上下橋殼錯邊量又存在超差(標準要求1.5 mm，失效件2.6 mm)如圖4所示，導致下橋殼與半軸套管組焊時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(環焊縫工藝判定標準為100%熔深)，焊接強度降低，在沖擊載荷的作用下發生脆性斷裂，由此確認故障原因為：組焊上下橋坯時錯邊量超差，導致上下橋殼與半軸套管組合焊縫強度不足，在沖擊載荷的作用下焊縫發生脆性斷裂。

圖4 上下橋殼錯邊量超差示意

4 整改措施

4.1 臨時措施

(1)對失效后橋進行更換，失效件退回分析；

(2)排查現有庫存橋殼，對橋殼與半軸套管環焊搭接量及焊縫熔深率進行檢驗，半軸套管熔深率100%，符合技術要求；

(3)根據故障件生產批次號對該批次產品進行追溯查詢，確認是否存在問題，并對存在問題的及時處理。

4.2 改進措施

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

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

(3)優化半軸套管環焊工藝，焊接前旋轉橋殼對焊槍位置100%確認，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控項，以保證焊后件的檢查、監控；(5)加大對該序工藝執行檢驗監察力度，橋殼組焊并做到100%自檢，橋殼組焊過程對單側錯邊量大于1.5 mm的按不合格品處理；

(6)下道工序做到100%對上道工序的檢驗，實施上錯下不收原則；

(7)季度對半軸套管環焊處進行切塊檢驗焊縫熔深率。

4.3 預防措施

(1)制作半軸套管環焊縫工裝，組焊后對半軸套管與橋坯間隙進行確認;

(2)檢驗員、工藝員對半軸套管環焊縫間隙進行不定期抽檢;

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

(4)檢驗員按《抽樣檢驗方案及接收準則》中要求另外加嚴抽檢比例，對半軸套管環焊縫進行檢驗確認。

5 效果驗證

5.1 工藝驗證

組焊橋殼下線，對焊縫寬度進行檢驗，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控制環焊半軸套管，對橋殼組焊的縫寬度熔深率進行驗證，驗證結果表明熔深率均可達到100%，如圖5所示。

圖5 不同焊縫寬度下的熔深率

5.2 OTS臺架驗證

OTS臺架驗證情況如下：整改后的橋殼按設計載荷進行臺架試驗，3臺橋殼疲勞試驗分別進行81萬次、82萬次、85萬次(中值大于80萬次)均未出現損壞，垂直彎曲強度后備系數6.8、6.5、6.7(大于6)，剛性試驗變形量1.2、1.1、1.0 mm(不超過1.5 mm)，橋殼垂直彎曲剛性、垂直彎曲靜強度和垂直彎曲疲勞試驗滿均滿足QC/T 53《汽車驅動橋臺架評價指標》標準要求。

5.3 可靠性驗證

整改后的樣件基于整車進行可靠性驗證，同一平臺后橋配不同動力車型裝在整車進行可靠性驗證，整車分別按設計滿載質量，進行高速環道、耐久道路、山區道路、一般道路，城市道路等路況進行驗證，累計驗證里程為263 625 km均未出現問題，強化路累計驗證里程39 260 km無問題，滿足整車使用需求。

5.4 市場驗證

為將該產品進行充分驗證避免市場風險，將匹配同橋殼平臺后橋的整車在市場進行小批量驗證，共計投放218輛；依次記錄整車底盤號，并對投放市場的產品進行實時跟蹤。實時了解樣件狀態。同時通過DMS系統監控后橋故障反饋情況，通過近兩年的跟蹤檢測未反饋橋殼環焊縫開裂故障，由此確認整改措施有效。

6 結論

(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排查；

(2)故障分析時，應全面分析系統考慮，確保原因分析準確合理；

(3)問題整改時，針對問題措施要切實有效，杜絕此類問題再次發生，效果驗證需充分。