汽车衡承载器焊接问题分析

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1、汽车衡承载器焊接问题分析济南金钟电子衡器股份有限公司沈立人刘方全【摘要】由于目前我国绝大多数的电子汽车衡承载器都是采用金属结构，这样焊接问题就成为影响产品质量的关键。对于如何减少焊接带来的结构件变形，本文从焊接工艺角度，分析了焊接残余应力对汽车衡承载器性能的影响，提出了减少焊接残余应力的几种方法。【关键词】汽车衡；承载器；金属结构；焊接工艺一、概述近几年来汽车衡在检定和使用中出现“段差”较大的问题。这些问题主要表现是那些由多节结构组成的承载器，由于大家都模仿U型梁结构制造，特别是在焊接U型梁时采用连续不间断的方式，没有掌握

2、正确的焊接工艺情况下，造成了加工内应力积聚，一旦释放就使承载器结构变形，从而影响到汽车衡的计量性能。二、焊接残余应力与变形钢结构在焊接过程中，在焊件上产生局部高温的不均匀温度场，高温部分的钢材膨胀受到邻近钢材的约束，从而在焊件内部引起较高的温度应力和变形，称为焊接应力和焊接变形。焊接应力较高的部位产生塑性变形，冷却后将残存于构件内部，因而将残存于构件内部的焊接应力和焊接变形称为焊接残余应力和焊接残余变形。1.焊接残余应力焊接残余应力是一种无载荷作用的内应力，因此会在构件内自相平衡。焊接残余应力包括纵向应力、横向应力和构件厚

3、度方向的应力。①纵向焊接残余应力纵向焊接应力是指沿焊缝长度方向的应力。在施焊时，焊件上产生不均匀的温度场，焊缝附近的温度可高达1600℃以上，邻近区域则温度急剧降低。不均匀的温度场产生了不均匀的膨胀，焊缝附近高温处的钢材膨胀最大，温度较低区域膨胀较小。膨胀大的区域受到周围膨胀小的区域的限制，产生了热塑性压缩。焊缝冷却时，产生热塑性压缩的1焊缝趋向于缩短，但受到两侧钢材限制而产生了纵向拉应力，两侧钢材因中间焊缝收缩而产生纵向压应力。图1焊接残余应力a纵向残余应力；b焊接残余变形；c横向残余应力（纵向收缩引起的）；d横向残余应

4、力（横向收缩引起的）；e横向残余应力总和②横向焊接残余应力横向焊接残余应力是指垂直于焊缝长度方向且平行于构件表面的应力。以钢板焊接为例，横向焊接残余应力由两部分组成：一部分是焊缝纵向收缩，它除产生上述纵向应力外，还使两块钢板趋向于形成反方向的弯曲变形，但焊缝已将其连成整体，因此在两块板的中部产生横向拉应力，两端产生压应力；另一部分由于焊缝在施焊过程中冷却时间的不同，先焊的焊缝已经凝固，会阻止后焊焊缝在横向自由膨胀，使它发生横向压缩塑性变形。当先焊部分凝固后，中间焊缝部分逐渐冷却，后焊部分开始冷却。这三部分产生杠杆作用，使后

5、焊部分收缩而受拉，先焊部分因杠杆作用也受拉，中间部分则受压。而产生横向焊接残余应力③厚度方向焊接残余应力厚度方向焊接残余应力是指垂直于焊缝长度方向且垂直于构件表面的应力。较厚钢板焊接时，焊缝厚度方向中部冷却比表面缓慢，形成中间焊缝受拉，四周受压的状态。因此，焊缝除了纵向和横向应力之外，在厚度方向还存在焊接残余应力。焊接残余应力是自相平衡的内应力，其拉应力合力与压应力合力相等。因此，对于没有严格应力集中的焊接构件，在静力载荷作用下，只要钢材具有一定的塑性变形能力，焊接残余应力不会影响构件的承载能力。在焊接构件中均存在双向或三

6、向残余应力，当形成同向应力，尤其是同向拉应力时由于塑性变形受到约束，使焊缝附近的材料变脆，裂纹容易产生和开展，因而降低了焊缝及其附近钢材的疲劳强度，尤其是在低温情况下，冷脆现象更明显。另一方面，最大2焊接残余应力常达到或接近钢材的屈服点，这将促使疲劳裂纹更容易形成和扩展，从而降低了构件的疲劳强度。2.焊接残余变形在焊接过程中，焊件不均匀受热和不均匀冷却将产生焊接残余应力和焊接残余变形。这就是为什么我们在焊接U型梁结构的汽车衡承载器时，不能在焊接U型梁的同时将两端的封板焊牢，而是要按照一定的焊接工艺先将U型梁与面板组合，待此

7、部分冷却后，再将两端的封板和搭接头与其组合焊牢。因为焊接残余变形影响结构的尺寸精度和外观，并可能导致构件产生初弯曲、初扭曲以及初偏心等，从而构件受力时产生附加弯矩、扭矩和变形，引起其承载能力降低。导致整个承载器发生扭曲，使承载器多块台板之间的搭接头不能平整连接，以致轻载车辆与重载车辆的误差变化较大，甚至于车辆离开承载器后示值也不能迅速回到零点。三、减小焊接残余变形的方法减少焊接残余变形应从构造和焊接工艺两方面采取措施。1.构造措施①为避免焊接热量集中引起焊接应力过于集中，应尽量减少焊缝数量以及焊缝的厚度和长度。搭接角焊缝一

8、般设计成焊脚尺寸适当小而焊缝长度相当长些；焊缝尽量对称布置，尽量避免焊缝过于集中或多方向焊缝交于一点，焊缝间留一定的间距；拼接梁的翼缘对接处与腹板对接处应错开一定的距离，加强筋肋内面切角应避免其焊缝与翼缘和腹板间的主要受力焊缝交叉。②为避免截面突发引起应力集中现象，连接过渡应尽量平缓。如宽度和厚度不同的