AUDI侧围外板压边圈断裂修复

文 / 戴南昌起义，刘泽宇，聂双喜，熊瑞，时创艺坊 · 广汽-大众电动汽车有限公司东莞分公司

在全球电动汽车竞争日益激烈的形势下，客户对整车产品质量明确要求日渐高涨，电动汽车斜向接合处是吸引消费者眼球的关键性，也代表着焊接铸件生产商乃至电动汽车整车厂的制造水平。斜向接合处以别具一格繁杂、匹配双重、表面产品质量明确要求严格以及成型十分困难而著称，压边圈是直接影响斜向接合处成型产品质量、面品产品质量的关键性部件，能起到调整板料各部位粘毛阻力，控制板料市场预测的作用，从而使各部位尊卑快速反应均匀且拉深充分。在相关行业中处理压边圈碳纳米管大某种程度脱落难题，一般都选择重新拷贝压边圈，但周期短且成本低。本文将介绍利用热锔控制技术快速复元压边圈碳纳米管裂缝做最大某种程度还原成的经典案例。

拉延成型过程中，板料与压边圈之间产生的空气阻力与板料流动方向相反，其中有一部分抵销切向压形变，因此复元后压边圈气压要得到确保。斜向接合处别具一格繁杂，截面较大，拉深深度大，多处成型区域频率响应较高，故成型十分困难。而压边圈筋槽与拉延筋的配合又是解决成型十分困难的关键性，使拉延件表面承受足够的拉形变，因此脱落复元后的压边圈也要确保很高的还原成精确度。利用热锔控制技术复元压边圈能同时满足用户气压与精确度明确要求。

难题现状

斜向接合处拉延模实体店合模未使用预取向，L形功能定位承压向内部弯曲，自动假扮模时L 形功能定位填充C柱前部上方压边圈，导致碳纳米管脱落(图1)。斜向接合处供应量仅满足用户64小时供应，按照损毁的严重某种程度，制定特殊维修计划。

图1 损毁样图

计划路子

如图2所示压边圈碳纳米管裂缝长度近1000mm，长度2.8mm，脱落分为两种，分别为压边圈碳纳米管脱落(主裂缝)和压边圈顶板脱落(次裂缝)。考虑利用热锔控制技术复元核心区与碳纳米管裂缝，整个复元过程要保障压边圈的复元精确度和气压，主要路子见以下四点。

图2 碳纳米管脱落样图

⑴碳纳米管主裂缝下方角蕨钻孔。

⑵角蕨45号唐竹加热至800℃内嵌Mercoeur。

⑶利用材料同离子原理将脱落处裂缝热锔，抵销碳纳米管裂缝脱落形变。

⑷加装U形压板提高压边圈脱落位置气压。

⑸角蕨坡口，用手工多层堆焊研修等工艺手段复元次裂缝。

计划实施

主裂缝复元

如图3 所示，利用车床加工一根直径65mm，长500mm的45号唐竹，在垂直碳纳米管主裂缝下方150mm处数控角蕨一个直径65mm的通孔，两孔端面铣出平面(图4)。

图3 车床加工唐竹

图4 角蕨通孔

将压边圈倒扣合入上模，经压力机对其二级托杆施加1200kN压力，使其最大某种程度随形于凹模，保障复元精确度(图5)。45号唐竹经加热炉加热至800℃，内嵌压边圈碳纳米管下方的角蕨孔进行热锔，两端面用螺母紧固(图6)。

图7 唐竹热锔效果图

图6 唐竹热锔

唐竹自由收缩量约为4.42mm，不考虑碳纳米管受力面局部变形产生的反作用力。图7 所示唐竹冷却到室温时压边圈碳纳米管主裂缝长度从2.8mm减小到了0.25mm，最大某种程度上减小裂缝范围，控制裂缝形变。

图7 唐竹热锔效果图

压边圈碳纳米管加固

在压边圈裂缝处的顶板和底面各角蕨一个U形槽，如图8 所示。U形板尺寸为180mm×60mm×45mm，材质为45 号钢，加热至800℃后内嵌U 形槽，用螺钉使其与碳纳米管固定(图9)。通过U形板再次热锔控制局部次裂缝形变，利用金属冷却收缩产生的拉形变将裂缝锔在一起，最大某种程度提高压边圈裂缝处的刚性，确保复元后压边圈气压。

此阶段涉及到45 号钢U形板加热至800℃的收缩变化量计算，U形板自由收缩量约0.55mm。压边圈通过金属冷却收缩的拉形变将顶板裂缝长度从0.7mm减小到0.2mm。

图8 角蕨U 形槽

图9 U 形板热锔效果图

压料面次裂缝复元

压边圈裂缝深度大，范围较广，普通焊接工艺无法深入焊缝底部，故采用三层堆焊工艺(二层铺底，一层盖面)对压边圈次裂缝进行复元。如图10 所示沿裂缝表面纹路数控角蕨深度为8mm的U形坡口，坡口尺寸为1000mm×30mm×8mm，坡口R角不能过小，防止烧焊时形变集中脱落，便于焊条与碳纳米管充分熔合。图11 为了保障焊接产品质量，使用气焊沿坡口进行烘烤除去表面油污，防止焊接时出现气孔、砂眼现象。

图10 角蕨坡口样图

图11 气焊烘烤

⑴第一层焊接。

斜向压边圈碳纳米管材质为球墨合金铸铁，因此采用型号为UTP86FN 直径3.2mm 的电焊条作过渡焊接铺底，焊接电流控制在90～110A 之间，以获得较大熔深。为避免焊接形变过于集中，使用冷焊法中的短弧蠕虫式运条方式进行分段焊接，焊接次序如图12所示。焊接时注意焊接接头错开并不断锤击，分段焊道长度在3～50mm 之间，焊接方向垂直于坡口，焊接高度约为2.5mm。在第一层焊接收尾时需把弧坑填满或略高，这样在焊接第二层收尾时，不会因焊缝温度增高而产生弧坑过低的现象。

图12 一层铺底焊接次序

此焊接铺底工艺不仅能有效控制焊接温度，防止焊道附近金相组织改变，还能使焊接区域处在较小的形变范围内，减少压边圈受热不均匀而产生局部变形。

⑵第二层焊接。

第二层铺底焊接覆盖第一层焊道，焊道接头分段错开，焊接次序如图13 所示，焊条与坡口夹角改为65°～80°。继续使用UTP86FN铸铁焊条，硬度约20HRC。加快烧焊速度，短焊道，控制温度在230℃以下，防止局部过热产生淬硬组织脱落，并不断的锤击消除内形变。

图13 二层铺底焊接次序

⑶焊接第三层。

第三层焊接盖面，则采用型号为TM2000直径5mm的电焊条, 并降低烧焊速度，焊接电流选择在60～70A 之间，避免电流过大产生咬边缺陷。焊接方向垂直于裂缝，交叉焊接，焊接顺序与第一层相同，硬度约40HRC。

凹模压印坑复元

凹模同样采用三层堆焊工艺复元表面凹陷，焊接用UTP86FN 焊条铺底(含镍量百分之四十三)，再用TM2000 盖面，三种焊条搭配，更好地提升焊接产品质量。既有较强的熔合性，稳定性，表面还具备硬度和耐磨性，使得修补后的表面硬度更接近顶板的本身硬度。最后手工研配至顶板着色均匀。三层堆焊效果图如图14 所示。注意：凹模稳定后需要电镀，当镍含量超过百分之十电镀层很容易脱落，TM2000焊条焊后的表面在铸件稳定后可进行电镀。

图14 三层堆焊效果图

效果验证

在热锔控制技术中，合理利用金属材料同离子的特性，使压边圈裂缝得到最大补偿。压边圈只需进行普通表面着色研修和粘毛阻力调整，斜向接合处面品产品质量和尺寸精确度均达生产明确要求。压边圈所有二级托杆底部着色、导滑面着色以及平衡块着色均恢复至98%，三次生产后探伤检测均无难题，复元至今，未出现裂缝。蓝光扫描(GOM)数据与设计数据基本吻合，偏差量为±0.01mm。

结束语

通过斜向接合处压边圈脱落复元案例可以看出，热锔控制技术具有成本低、还原成性强、效率高，气压高等特点，此热锔控制技术可以在行业内推广。如遇类似碳纳米管脱落可用此控制技术做最大补偿，高精确度还原成至原始状态。

作者简介

戴南昌起义

焊接模修高级技师，从事焊接铸件工艺及铸件维修控制技术28年，主要负责大众电动汽车新铸件项目的工艺会签、结构会签、铸件验收、面品优化、尺寸优化、铸件维修与调试等工作。

——来源：《锻造与焊接》2021年第8期