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摩托车车架的焊接课件

常州机电职业技术学院

毕业设计（论文）

作者：

乔东升学号：

21330121

系部：

模具技术系

专业：

焊接技术及自动化

题目：

铃木摩托车车架的焊接

指导老师：

骆敏

毕业设计（论文）中文摘要

本论文主要研究的内容是摩托车车架的焊接工艺及出气孔的设计与成型。

摩托车车架主要经过选材、冲压、装配、焊接等工艺来完成的生产。

焊接时由于焊接材料的物理及化学性能不同进而对焊接电流、电压有不同的选择，焊接时的速度也会因为板材的厚度而改变。

焊接前要对焊缝的布置进行考虑，焊缝的清理对焊接也有重要的影响。

出气孔的设计与成型主要通过排除气体的温度的高低对板材的选择，进而对其进行设计，在焊接时采用的是GMS-308，直径为1.0mm的焊丝，大多数的焊接方法采用的是Mag焊，也可以使用CO2保护焊进行焊接，电源极性为交流，焊接电流110-130A，电压为14-17V，有机器人焊接时，焊接速度为15-22（cm/min）,氩气流量为13-18（L/min）,二氧化碳气体流量为4-8（L/min）；用氩弧焊焊接时，焊丝、电源极性与Mag焊一样，焊接电流为90-100A，电压为16-25V,焊接速度为15-22（cm/min）,气体流量为15（L/min）等通过一系列的焊接工艺达到成型的目的。

关键词：

摩托车车架选材设计与焊接出气孔

1绪论1

1.1摩托车车架的发展前景1

1.2摩托车车架的焊接技术1

1.3本论文研究的内容及写作思路1

2材料的性能分析3

2.1母材简介3

2.2力学性能3

2.2.1抗疲劳性能3

2.2.2硬度3

2.2.3强度3

2.2.4韧性4

2.2.5抗高温性能4

2.3化学性能4

2.3.1耐蚀性4

2.4焊接性能5

2.4.1裂纹5

2.4.2高温脆性5

2.4.3δ相脆化5

3摩托车车架结构与机械加工7

3.1摩托车车架结构7

3.1.1排气歧管7

3.1.2摩托车车架7

3.1.3法兰7

3.1.4消音器7

3.1.5触媒转化器8

3.1.6吊板8

3.2摩托车车架的机械加工9

3.2.1钢材的矫正9

3.2.2冲压9

3.2.3筒体的弯曲10

4摩托车车架的焊接12

4.1外筒的焊接12

4.2前盖的焊接13

4.3触媒的焊接14

4.3.1有孔管件部焊接14

4.3.2零部件焊接15

4.3.3有孔管部件与零部件焊接16

4.5外筒焊接19

4.6排气歧管焊接20

4.7吊板的焊接20

4.8焊接问题及改善措施22

4.8.1Mag焊优缺点22

4.8.2焊接过程中容易出现的问题22

4.9摩托车车架检验23

4.9.1水压测试23

4.9.2外观检测23

4.9.3尺寸检测24

5摩托车出气孔的设计与成型25

5.1出气孔材料25

5.2出气孔的设计25

5.3出气孔焊接26

5.3.1后盖与尾管焊接26

表5-1出气孔焊接26

5.3.2后盖与垫圈焊接时采用的是氩弧焊28

结论31

致谢32

参考文献33

1绪论

1.1摩托车车架的发展前景

在对前几年摩托车车架市场的发展进行分析总结后，国家有关部门和专家提出了以下观点：

未来几年中国摩托车市场发展将呈现五大特点。

（1）摩托车车架生产企业之间的竞争将在规模、价格大战的基础上展开一场比品牌、质量、价格、售后服务、销售方式等方面的综合竞争。

（2）生产将更集中，市场将由10多个大企业、大集团的产品所占领。

（3）摩托车车架生产企业将从注重规模效益转为更加注重经济效益，产品的开发和生产将严格按市场的需求来决定。

（4）销售渠道将从目前的多层次分销渠道转为代理制，专卖店将成为摩托车车架销售的主要场所。

（5）低污染、低噪音、低价格的“三低”摩托车车架将大受市场的欢迎。

1.2摩托车车架的焊接技术

摩托车车架焊接时主要采用二氧化碳和氩气的混合气体进行焊接，焊接时由于摩托车车架的材料的不同，焊接时要考虑材料的物理及化学性能对焊接电流、电压的影响，进而对焊接电流电压进行选择。

在对摩托车车架的出气孔进行焊接时要采用氩弧焊进行焊接，由于出气孔薄，当采用氩弧焊进行焊接时才能达到质量好、焊缝平滑，外观美观的双重效果。

1.3本论文研究的内容及写作思路

摩托车车架的焊接工艺及出气孔的设计与成型。

根据摩托车车架的整体外观的要求对板材进行各部件的冲压。

通过对摩托车车架的材料的选择，进而分析材料的物理及化学性能从而对焊接时的电流和电压进行选择和调整。

由于各部件板材厚度的不同，焊接速度也会因此而改变，焊接电流，电压也会因为速度的改变而改变。

摩托车车架出气孔是在摩托车车架的尾部位置，因此应用材料轻的板材，对出气孔的形状进行设计从而达到成型的效果。

图1-1摩托车车架

2材料的性能分析

2.1母材简介

409钢种是耐热铁素体不锈钢，用以保证摩托车排气部件具有良好的耐氧化和腐蚀性。

1961年开发出这种合金用作摩托车的消音器，从那以后这种通用的不锈钢被用于摩托车的管道歧管、摩托车车架、催化转化器、消音器和尾管。

409钢种突出的可成性、可焊性和耐腐蚀性已使其在其他许多方面得到广泛应用。

2.2力学性能

2.2.1抗疲劳性能

退火后的409合金钢带的弯曲疲劳试验表明1000万次循环的疲劳（持久）极限为30000-34000psi。

这和其他表明铁素体不锈钢的持久极限的典型值为其抗拉强度50-55%的数据是一致的。

2.2.2硬度

409钢主要用于摩托车车架的制造，它的硬度值不大，只有120，长期的挤压，或者大力的冲压会使其变形，所以在制造过程中，尽量不要砸伤、掉落，板材在冲压时也要保持清洁，防止在冲压时因杂物而划伤或有压痕。

2.2.3强度

由于外力作用随时间的增加而发生变形的现象称之为蠕变。

在一定温度下特别是在高温下、载荷越大则发生蠕变的速度越快；在一定载荷下，温度越高和时间越长则发生蠕变的可能性越大。

与此相反，温度越低蠕变越慢，再低至一定温度时，蠕变就不成问题了。

与其他钢一样，熔炼方式、脱氧方法、凝固方法、热处理和加工等对不锈钢的蠕变有很大的影响，取自同一种钢锭同一部位的试料的蠕变断裂时间的标准偏差的平均值约11%，取自不同部位的标准偏差则达到两倍之多。

2.2.4韧性

和其他铁素体不锈钢一样，在冲击负荷下，温度下降时会经历从延性向脆性的转变。

“延性-脆性转变温度”是许多因素的函数，包括热处理、微型结构、应力状态、加载速率、缺口尖锐度、厚度及材料的均匀性。

通常，厚度在3/16”（4.77mm）及以上的409不锈钢板，其DBTT值为高于室温，即150-250°F（66-121℃），表明板材可能因出现脆裂而难以加工。

409HP薄板3/16”（4.77mm）显示出相当接近或低于室温的DBTT值。

0.079”（2mm）的409HP合金，其纵向和横向的DBTT都为-50°F（-46℃）。

该值大大低于典型的加工和使用温度，表明是以延性方式加工的。

可预计更薄的板材或带材有更低的DBTT值。

2.2.5抗高温性能

409不锈钢属于铁素体不锈钢。

409型铁素体不锈钢抗高温氧化性能试验结果如表2-1所示，从表中数据可见，双稳定409型铁素体不锈钢的抗氧化能力明显高于传统的Ti单稳定409型铁素体不锈钢。

表2-1409型铁素体不锈钢抗高温氧化性能试验结果氧化膜质量（g/m2•4h）

温度/℃

类型

550

650

750

850

Ti单稳定

0.11

0.23

0.38

2.24

Ti+Nb双稳定

0.06

0.19

0.35

1.91

2.3化学性能

2.3.1耐蚀性

409不锈钢能够具有很好的耐蚀性，主要原因是不锈钢表面形成了一种厚度非常薄的无色，透明且非常光滑的一层富铬的氧化物钝化膜。

为了在氧化性环境中太高铁素体不锈钢的耐蚀性，采用高铬铁素体不锈钢的成本，因此，人们研究发现加入少量的Mo、Cu、Ti和Nb等合金元素能够很大程度地提高铁素体不锈钢的耐蚀性能，降低铁素体不锈钢的铬含量，从而控制铁素体不锈钢成本。

摩托车车架7个主要组成部分除排气歧管外，包括前置管、挠性管、转换剂转化器、中心管、消声器和尾喷管的外表面均要求具有耐盐腐蚀性能，特别是消声器和尾喷管处于摩托车车架的低温端，内表面很容易遭受排气冷凝液的侵蚀，因此还要求具有很好的抗排气冷凝液侵蚀的性能。

409不锈钢的含量为11%，与碳钢相比，其耐蚀性有相当大的提高。

其他Cr含量、特别是Mo含量较高的高价不锈钢相比，它的耐蚀性比较低。

尽管如此，该合金在许多摩托车车架中可提供充分的耐蚀性和氧化性。

2.4焊接性能

2.4.1裂纹

由于409不锈钢的线膨胀系数较小，其焊接热裂纹和冷裂纹的问题并不突出。

因此可采用各种焊接方法焊接，不易产生热裂纹，冷裂纹倾向也比低合金钢小，具有良好的工艺焊接性。

这类钢对焊接热循环敏感，焊接接头塑性、韧性显著降低。

焊后冷热变形、冲压容易开裂，焊接性较差，不宜在高温、低温下使用，在厚壁焊接结构中使用受限制。

2.4.2高温脆性

409不锈钢焊接接头加热至950-1000℃以后急冷至室温，焊接热影响区的塑性和韧性显著降低，称为“高温脆化”。

其脆化程度与合金元素碳和氮的含量有关。

碳、氮含量越高，焊接热影响区脆化程度就越严重。

焊接接头冷却速度越快，其韧性下降值越多；如果空冷或缓冷，则对塑性影响不大。

这是由于快速冷却过程中，基体位错上析出细小分散的碳、氮化合物，阻碍位错运动，此时强度提高而塑性明显下降；缓冷时，位错上没有析出物，塑性不会降低。

这种高温脆性十分有害，同时耐蚀性也显著降低。

因此，减少碳、氮含量，对提高焊缝质量是有利的。

出现高温脆性的焊接接头，若重新加热至750-850℃，则可以恢复其塑性。

2.4.3δ相脆化

409不锈钢中Wcr>21%时，若在520-820%之间加热，即析出δ相。

δ相的形成与焊缝的化学成分、组织、加热温度、保温时间以及预先冷变形等因素有关。

钢中促进铁素体形成的元素如铝、硅、鉬、钛和铌均能强烈地曾大产生δ相的倾向；锰能使高铬钢形成δ相所需铬的含量降低；而碳和氮能稳定奥氏体相并能与铬形成化合物，会使形成δ相所需铬含量增加；铬能使形成δ相需温度提高。

3摩托车车架结构与机械加工

3.1摩托车车架结构

3.1.1排气歧管

排气歧管是与发动机气缸相连的，将各缸的排气集中起来导入排气总管的，带有分歧的管路。

对它的要求主要是，尽量减少排气阻力，并避免各缸之间相互干扰。

排气过分集中时，各缸之间会产生相互干扰，也就是某缸排气时，正好碰到别的缸窜出来的没有排尽的废气。

目前大多数的排气歧管选用的是不锈钢材，不锈钢材摩托车车架质量轻，耐久性好，同时内壁光滑，排气阻力小。

3.1.2摩托车车架

图3-1摩托车车架

3.1.3法兰

法兰是管子与管子之间相互连接的零件，用于管端之间的连接。

摩托车车架的法兰是通过焊接完成的

3.1.4消音器

摩托车车架消音器的作用就是通过降低、衰减排气压力来消除噪声。

摩托车消声器用镀铝钢板或不锈钢制造。

通常的消声器由共振室、膨胀室和一组不同长度的多孔管构成。

有的还在消声器内填充耐热的吸音材料，吸音材料多为玻璃纤维、钢纤维或石棉。

如图2-2所示。

图3-2消音器

3.1.5触媒转化器

触媒转换器，涉及一种与动力装置排气结合有关的装置，包括外壳和转换器本体，本体设置于外壳内，本体的环壁为实心体，中央沿排气方向设流通孔，流通孔的孔径为本体管径的1/2-1/3.本实用新型可使废气排出时将余热集结在转换器本体的环壁，而达到将废气中未完全燃烧的油气予以完全燃烧，减少废气的排放量，并可因流通孔的扩大而增进废气排放的顺畅性，不会造成堵塞，从而增加车辆的马力。

如图2-3所示。

图3-3触媒

3.1.6吊板

筒体加强板是一个不规则的外协零件，但是它的安装孔是自己用国标丝锥钻孔而成，并且零件要先进性涂装，不然内部会生锈，影响摩托车车架整体的材质，它的焊接要将焊接部分打磨掉，且它的位置不能错位，应筒体的装配位置焊接在一起，且它的装配孔里不能有杂物，丝锥使用后要先实验。

如图2-4所示。

图3-4吊板

3.2摩托车车架的机械加工

3.2.1钢材的矫正

摩托车车架所用的不锈钢板材有时会因存放不妥和其他的因素的影响，会使钢材的表面产生氧化皮，这将影响零件和产品的质量，因此，必须对变形钢材进行矫正及预处理。

钢材预处理是把钢材在下料装焊之前进行抛丸清理、喷保护漆、烘干等的处理工艺。

而矫正是使材料在下料装焊之前保持一种良好的平直状态，以利于零件的加工。

3.2.2冲压

将1.2mm的不锈钢钢板和0.8mm的钢板按照模具冲压，所有冲压过的钢板表面必须是光滑无杂质，凹坑，并将所有压好的1.2mm、0.8mm的钢板在冲压机上压上产品的图号，生产日期标注和公司标识。

如图3-5、3-6所示。

图3-5冲压

图3-6冲压

3.2.3筒体的弯曲

将冲压好的1.2mm、0.8mm的内筒与外筒进行弯曲,下表3-1所示。

表3-1筒体加工工艺卡

常州机电学院

筒体加工工艺过程卡

零（部）件图号

共1页

零（部）件名称

筒体

第1页

工序号

工序过程

注意要点

用抹布擦拭芯棒

防止凸起

材料用抹布擦拭之后放置在作业台上

防止凸起

启动

按下绿色按钮，启动后不要被安全机夹手

插入材料

有刻印的一面在下方，材料与芯棒之间不要有间隙

脚踩一次脚踏开关启动

动作后将手放开

在动作过程中投下一张材料

取出已经卷好的材料

材料不要碰到设备上

目视对光检查

是否有伤痕或凸起，仔细看A面

放置于专用台车

统一朝向

重复20-80顺序

4摩托车车架的焊接

4.1外筒的焊接

焊前准备

（1）将外筒擦拭干净，尤其是坡口处。

（2）确保外筒上的刻印在外筒外侧。

（3）外筒在往焊接装备上放置时，确保刻印一方在下面。

（4）调整好钨棒与外筒的角度。

表4-1外筒焊接

工程名称

外筒

工艺卡编号

材质

409

规格（mm）

3800*2400*1.2

焊接方法

氩弧焊

焊工资格

焊评编号

无损检测

合格等级

Ⅱ

适用范围

适用于板厚为12mm的氩弧焊

焊接工艺参数

层数

焊接

方法

焊材及规格

电源

极性

焊接

电流（A）

焊接电压（V）

焊接速度（cm/min）

气体流量（L/min）

氩弧焊

φ1.0

交流

90~100

16~25

15～22

表4-2外筒加工工艺过程卡

常州机电学院

外筒加工工艺过程卡

零（部）件图号

共1页

零（部）件名称

外筒

第1页

工序号

工序名称

工序内容

车间

设备及工艺

装备

装件

将外筒放置在焊接夹具上

装配

工装夹具

夹紧

将夹具与焊件加紧

工装夹具

焊接

将外筒进行氩弧焊

焊接

氩弧焊

检验

检验焊缝有无偏焊，漏焊，夹钨等

检验

焊后修补：

若有焊缝未焊透、偏焊、漏焊、夹钨等情况发生，应用氩弧焊进行修补，并进行检测。

4.2前盖的焊接

表4-3前盖的焊接

工程名称

前盖

工艺卡编号

材质

409

规格

焊接方法

Mag焊

焊工资格

焊评编号

无损检测

合格等级

Ⅱ

适用范围

适用于板厚为8mm的前盖与管子MAG焊

焊接工艺参数

层数

焊接方法

焊材及规格

电源极性

焊接电流（A）

焊接电压（V）

焊接速度（cm/min）

气体流量（L/min）

Mag焊

GMS-308

φ1.0

交流

100-130

14-17

15～22

氩气13-18

二氧化碳

4-8

注意要点：

（1）将模具清理干净

（2）将前盖与管子按装配与生产要求进行装配，并注意管子上方与模具持水平方向，夹具与中心圆柱无高度差。

（3）在管子与前盖的交接处均匀的焊两道焊缝，焊缝长度为10mm。

4.3触媒的焊接

4.3.1有孔管件部焊接

1.管套的焊接

焊前准备：

将两个盖子的表面清理干净且将夹具清理干净；将两个盖子按照尺寸要求装配在一起，并采用压焊将装配好的盖子焊接在一起。

焊接工艺：

将压焊好的盖子装在工装夹具上，焊接时采用的是Mag焊。

电流为100-130A，电压12-17V，Ar气体流量13-18L/min,二氧化碳气体流量4-8L/min,使用的焊丝为GMS-308，直径为1.0mm，焊接速度为3cm/min。

采用的是环焊缝进行焊接。

焊后处理：

焊接后检查焊缝是否有偏焊，未焊透，焊穿等缺陷出现，如果有则因立即用氩弧焊进行修补，并进行检测，直到焊缝质量达到要求为止。

2.孔管焊接

焊前准备：

检查各个管子的尺寸，并对管子的表面进行焊前清理；将夹具清理干净。

焊接工艺：

将管子在夹具上装配好，并卡死在模具上，焊接时采用Mag焊。

电流为100-130A，电压12-17V，Ar气体流量13-18L/min,二氧化碳气体流量4-8L/min,使用的焊丝为GMS-308，直径为1.0mm，焊缝长度为10mm,总共焊接6处。

图4-1孔管焊接

焊后处理：

（1）焊后检查焊缝是否符合质量要求，如有焊接缺陷，则进行修补。

（2）检查焊缝表面有无焊渣，如有则应将其敲掉。

3.将盖子与管件部焊接

将盖子与管件部按要求装配在一起，放在模具上并卡死。

焊接时采用Mag焊。

电流为100-130A，电压12-17V，Ar气体流量13-18L/min,二氧化碳气体流量4-8L/min,使用的焊丝为GMS-308，直径为1.0mm，焊缝长度为10mm,总共焊接8处。

4.3.2零部件焊接

将管子管套装配起来，接头形式采用搭接接头，焊接时采用Mag焊，进行圆周自动焊，电流为80-110A，电压12-17V，Ar气体流量13-18L/min,二氧化碳气体流量4-8L/min,使用的焊丝为GMS-308，直径为1.0mm，焊接速度为4cm/min。

焊前准备：

将触媒与零部件组装在一起，要注意的是触媒上的箭头朝上，管套的缺口与模具上的线对齐，夹具与中心圆柱无高度差。

焊接工艺：

焊前一定要进行喷防渣液。

焊接时采用Mag焊。

电流为100-130A，电压12-17V，Ar气体流量13-18L/min,二氧化碳气体流量4-8L/min,使用的焊丝为GMS-308，直径为1.0mm，焊缝长度为10mm。

在下方的管套进行点焊，焊两个点焊，上方的管套焊四道长度为10mm的焊缝。

将点焊的焊缝进行全周焊接工序。

焊后处理：

检查焊缝是否达到质量要求，没有则进行焊补；检查焊缝表面有无焊渣，有焊渣则将其敲掉。

4.3.3有孔管部件与零部件焊接

焊前准备:

（1）将模具及工状台清理干净。

（2）将焊件夹紧，并喷涂防渣液。

表4-4触媒焊接

工程名称

触媒焊接

工艺卡编号

材质

409

规格

焊接方法

Mag焊

焊工资格

焊评编号

无损检测

合格等级

Ⅱ

适用范围

触媒焊接

焊接工艺参数

道数

焊接方法

焊材及规格

电源极性

焊接电流（A）

焊接电压（V）

气体流量（L/min）

Mag焊

GMS-308

φ1.0

交流

100-130

14-17

二氧化碳4-8

氩气13-18

表4-5触媒加工工艺卡

常州机电学院

触媒加工工艺过程卡

零（部）件图号

共1页

零（部）件名称

内筒体

第1页

工序号

工序名称

工序内容

车间

设备及工艺

装备

检验

材料应符合国家标准要求的质量证书

检验

装配

将焊好的零件加紧在夹具上

装配

检查

检验焊件与夹具的位置是否对准

检查

喷防渣液

将焊件表面进行喷防渣液

喷涂

焊接

将焊件焊接

焊接

Mag焊

检验

检验2条10mm焊缝

检验

焊后处理：

（1）检查焊缝有无焊穿、未焊透等问题存在，若有，则进行修补。

（2）有焊渣则进行清除。

4.4触媒与内筒的焊接

焊前准备：

（1）将工装钛及焊件清理干净

（2）焊枪清理干净并在枪口喷防渣液

焊接工艺：

如表4-6，4-7所示。

表4-6触媒与内筒焊接

工程名称

触媒与内筒

编号

材质

409

规格（mm）

3200*2000*0.8

焊接方法

Mag焊

焊工资格

焊评编号

无损检测

合格等级

Ⅱ

适用范围

触媒与内筒焊接

焊接工艺参数

道数

焊接方法

焊材及规格

电源极性

焊接电流（A）

焊接电压（V）

气体流量（L/min）

Mag焊

GMS-308

φ1.0

交流

100-130

14-17

二氧化碳4-8

氩气13-18

表4-7触媒与内筒加工工艺卡

常州机电学院

触媒与内筒加工工艺过程卡

零（部）件图号

共1页

零（部）件名称

内筒体

第1页

工序号

工序名称

工序内容

车间

设备及工艺

装备

检验

材料应符合国家标准要求的质量证书

检验

装配

一定要将焊件与夹具的刻线对齐，装配好一定要夹紧

装配

检查

检验焊件与夹具的位置是否对准

检查

喷防渣液

将焊件表面进行喷防渣液

喷涂

焊接

将内筒与触媒焊接，焊两个点焊与6个10mm的塞焊

焊接

Mag焊

检验

检验2个点焊是否焊劳以及6个塞焊有无焊接缺陷

检验

4.5外筒焊接

焊前准备：

（1）将外筒与内筒表面清理干净。

（2）将夹具清理干净。

表4-8外筒焊接

工程名称

外筒

工艺卡号

材质

409

规格（mm）

3800*2400*1.2

焊接方法

Mag焊

焊工资格

焊评编号

无损检测

合格等级

Ⅱ

适用范围

外筒焊接

焊接工艺参数

速度

道数

焊接方法

焊材及规格

电源极性

焊接电流（A）

焊接电压（V）

气体流量（L/min）

37秒/周

Mag焊

GMS-308

φ1.0

交流

100-130

17-22

二氧化碳4-8

氩气13-18

焊接工艺：

焊接时将前盖与后盖分

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