MAN冲焊桥壳台架试验失效分析

MAN冲焊桥壳台架试验失效分析

摘要：为了提高MAN冲焊桥壳的疲劳寿命，本文对在MAN冲焊桥壳在台架试验产生的失效形式进行了分析，找出失效原因，并针对性的进行改进，避免桥壳裂纹或延缓裂纹的产生。

关键词：MAN冲焊桥壳；疲劳寿命；裂纹；失效分析

前言

为了减轻汽车车身的重量，降低燃油消耗，装配更多的装备，提高汽车的性能，冲焊桥壳在重型载货车上的应用越来越广泛。但由于一些设计结构的不合理、焊接质量不高等问题，导致桥壳的疲劳寿命不稳定。本文对MAN冲焊驱动桥壳在台架试验时产生的疲劳失效模式进行了分析。

1.试验方法及失效情况

本次台架试验在驱动桥总成疲劳试验台（型号：QDPL-3）上按照QC/T533-1999《汽车驱动桥台架试验方法》要求进行，载荷为驱动桥标定载荷的2.5倍，载荷频率为6Hz。该桥壳设计承载能力为13000kg，轮距为1800mm，板簧距为930mm。试验分为三组进行，试验情况如下：

第一组：MAN冲焊桥壳总成在疲劳寿命为95万次时发生失效，失效部位位于桥壳包方过渡处，其裂纹宏观形貌如图1、图2所示。

图1 图2 图3 图4

桥壳包方过渡处裂纹宏观形貌 法兰盘焊缝裂纹宏观形貌 桥壳圆方过渡裂纹宏观形貌

第二组：MAN冲焊桥壳总成在疲劳寿命为72.6万次时发生失效，失效部位位于法兰盘焊

缝处，其裂纹宏观形貌如图3所示。

第三组：MAN冲焊桥壳总成在疲劳寿命为81.5万次时发生失效，失效部位位于桥壳圆方过渡处，其裂纹宏观形貌如见图4所示。

2.检验情况

桥壳所用材料为板材Q460C，经检测板料化学成份含量如下：

C：0.15 S：0.006 Si：0.37 Mn：1.45 P：0.017 Cr：0.026 Ti：0.006 V：0.064

Ni：0.014

该结果显示所测成分符合GB/T1591-1988 Q460C材质技术要求。

经理化检测分析，板材的化学元素含量、力学性能及金相组织均符合标准，排除了因材料本身的问题而引起桥壳失效。

3.结果分析

第一组试验：桥壳在包方过渡处断裂，裂源位于包方过渡内圆角处，图7为断口附近显微照片；其反应了距离断面30mm的包方过渡处内圆角的裂纹及其附近组织。图8反应了断面裂源附近的主裂纹形貌。

图7 500× 图8 200× 图9 包方过渡处结构示意图 图10 圆方过渡区

由图9包方过渡结构示意图可见，过渡区的内圆角为R3，此处断裂主要是由于过渡处R圆角较小，半壳热压成形时圆角处拉延组织强度较低，尤其是圆角形成局部褶皱（见图7），作为疲劳源使得桥壳产生多源疲劳开裂。

第二组试验：桥壳在法兰盘焊缝处断裂。通过观察断裂桥壳失效部位，可以看出其疲劳源位于法兰盘焊缝收弧和收弧处。主要原因是由于在收弧时焊接参数如电流等处于相对不稳定阶段，焊丝在收弧时没有填满弧坑，起弧处熔敷金属量少因此出现了凹坑。法兰盘焊缝起弧和收弧处的凹坑形成的应力集中大大降低了焊缝的疲劳寿命。

第三组试验：桥壳在圆方过渡处断裂。通过观察失效部位，可以看出桥壳方管与圆管之

间过渡不平缓，应力集中严重，且此区域板料壁厚减薄，强度下降，疲劳裂纹由拉应力面棱边过渡区域圆管交接附近开始形成，见图10。

4.改进措施

4.1通过对模具凸模镶块包方过渡区的外圆角进行改进，由R3改为R6，使得MAN冲焊桥壳在成型时包方过渡区内圆角处无褶皱产生，通过疲劳试验证实，包方过渡区内圆角的改进大大提高了其疲劳寿命。

4.2调整焊接参数，使焊缝在起弧和收弧时无凹坑、焊瘤等焊接缺陷的形成。

4.3对模具方圆过渡区进行改进，使过渡区过渡平缓，减少应力集中的形成，提高桥壳的疲劳寿命。

5.结论：

5.1桥壳包方过渡处R圆角较小，应力集中产生裂纹，应将R圆角加大，另外半壳成形时增加模具间隙，使板料流动阻力减小，避免拉伤板料。

5.2生产过程中注意对焊接参数适当的调整，防止焊接缺陷形成裂源而产生裂纹。

5.3桥壳圆方过渡区域太短，延长圆方过渡区域，改善圆方过渡形态，减小过渡突变。

参考文献：

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[2]鞠秀燕，谢周银.重型载货汽车冲焊驱动桥壳疲劳断裂分析及改善措施[J].现代制造技术与装备，2007（6）

[3]中国机械工程学会焊接学会. 焊接手册[M]. 北京：机械工业出版社，2007