Page 90 - 理化检验-物理分册2023年第一期
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梁 良, 等: 电动后桥壳断裂原因
纹多始于未焊透的包壳断面与焊缝形成的尖角处, 氏组织超标、 焊缝熔深合格率低且一致性差等问题
沿焊缝融合线向内扩展, 并衍生出次级裂纹; 套管基 也是造成后桥壳断裂的原因 [ 5 ] 。
体及包壳基体的显微组织为均匀铁素体+珠光体, 未被焊透的包壳端面尖角处形成了较大应力集
呈带状分布; 焊缝组织为柱状晶组织, 热影响区为珠 中, 疲劳裂纹在尖角处形成, 沿着焊缝融合线向内扩
光体+铁素体+粒状贝氏体混合组织, 部分焊缝区 展, 主裂纹衍生出次级裂纹, 并向焊缝内部方向发
魏氏组织达到4级, 热影响区魏氏组织达到3级, 不 展 [ 6 ] 。随着裂纹的不断扩展, 焊缝区域可承受的应
符合技术要求( 焊缝区魏氏组织不大于3级, 热影响 力不断减小, 当承载极限小于所受到的应力时, 后桥
[ 4 ]
区魏氏组织不大于2级) 。 壳在该区域发生断裂。
2.5 焊缝熔深测试 4 结论及建议
由有限元仿真分析结果可知, 焊缝熔深对包壳与
套管处环焊缝的疲劳后备系数有直接影响。产品技 4.1 结论
术要求: 焊缝熔深达到90%板厚( 不小于2.7mm ), 焊 后桥壳的包壳和套管间环焊缝处产生了应力集
缝宽度为12~15mm , 焊缝偏移量小于1mm 。 中, 焊缝质量控制不稳定、 焊缝热影响区魏氏组织超
表3为断裂后桥壳焊缝熔深的测试结果, 可见焊 标、 焊缝熔深合格率低且一致性差, 最终导致后桥壳
缝宽度的合格率达到了93.75% , 焊缝偏移量的合格 发生断裂。
率为81.25% , 套管侧焊缝熔深的合格率为90.63% , 4.2 建议
但包壳侧焊缝熔深的合格率仅为56.25% 。焊缝偏移 ( 1 )更改包壳与套管间的错边结构, 将两者间
量合格率偏低的主要原因为, 部分套管与包壳的拼装 的内错边设计改为外错边, 并取消衬套台阶。将焊
间隙大于技术要求, 导致部分环焊缝存在焊偏的情 缝熔深提高至设计标准要求的 100% 板厚, 并确保
况。包壳侧焊缝熔深的合格率低的原因为, 套管与包 衬套不被焊穿。
壳间的轴向间隙较大, 且衬套开口过大, 为了避免铁 ( 2 ) 压装后, 确保衬套开口长度小于2mm 。将
水和焊渣进入后桥壳, 选择了拉焊焊接, 导致部分区 套管与包壳间的拼装间隙由2~3mm 调整至1.5~
2.5mm 。将衬套开口方向调整至上壳侧, 并与接口
域的包壳端面无法被焊透, 并形成了尖角。
表3 断裂后桥壳焊缝熔深的测试结果 法兰面纵焊缝夹角呈45° 。
项目 套管侧熔深 包壳侧熔深 焊缝宽度 焊缝偏移量 ( 3 )优化焊接工艺, 将焊接电流由200~205A
合格数量 / 件 29 18 30 26 调整至 210~230A , 焊接速率由 20s / 圈调整至
测试数量 / 件 32 32 32 32
22s / 圈, 起弧点由下壳侧调整至上壳侧, 与后盖面
合格率 / % 90.63 56.25 93.75 81.25
纵焊缝夹角呈30° 。
3 综合分析
参考文献:
由上述分析结果可知, 套管和包壳的化学成分
满足相关标准要求。由有限元仿真分析可知, 易发 [ 1 ] 徐明琦, 王学双, 李易航, 等. 商用车车桥疲劳断裂失
生疲劳断裂的危险位置为弹簧座焊缝, 而开裂焊缝 效原因分析[ J ] . 汽车工艺与材料, 2020 ( 12 ): 29-31.
[ 2 ] 宋起峰, 刘柯军, 乔小兵, 等. 冲焊桥壳疲劳寿命影响
处不易发生断裂, 但该区域的焊缝熔深将对后桥壳
因素分析[ J ] . 汽车工艺与材料, 2012 ( 2 ): 31-33.
可承受的应力大小有重要影响, 该区域在极限工况
[ 3 ] 李亮, 宋健, 文凌波, 等. 商用车驱动桥壳疲劳寿命的
下依然存在早期疲劳断裂的风险。
有限元仿真与实验分析[ J ] . 机械强度, 2008 , 30 ( 3 ):
由断口分析及焊缝熔深测试结果可知, 后桥壳
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断裂与包壳和套管处环焊缝的焊接质量有直接关 [ 4 ] 杨晓峰, 高斌强, 吕海英.S135钻杆摩擦焊焊缝区冲
系, 疲劳裂纹起源于环焊时形成的尖角。受衬套结 击韧性低的原因[ J ] . 理化检验( 物理分册), 2021 , 57
构、 拼装间隙以及焊接工艺等因素的影响, 包壳和套 ( 7 ): 15-19.
管间存在轴向间隙, 且衬套开口过大, 为了避免铁水 [ 5 ] 张栋, 钟培道, 陶春虎, 等. 失效分析[ M ] . 北京: 国防
和焊渣进入后桥壳, 选择了拉焊焊接, 该方法无法完 工业出版社, 2004.
[ 6 ] 童远涛, 杨中娜, 罗懿, 等. 某压缩机法兰与钢管焊接
全焊透包壳端面, 导致包壳端面与焊缝熔池间形成
接头焊缝开裂失效分析[ J ] . 理化检验( 物理分册),
尖角, 并在尖角处产生应力集中, 最终使后桥壳发生
2020 , 56 ( 1 ): 52-55.
断裂。此外, 焊缝质量控制不稳定、 焊缝热影响区魏
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