高强度轻量化气囊底座及其焊接工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种高强度轻量化气囊底座及其焊接工艺，包括外筒、内筒和底板，所述底板为圆形，底板上表面设有竖直凸起且同心设置的第一卡环、第二卡环和第三卡环，其中第一卡环和第二卡环设置在底板半径的中部位置，第一卡环和第二卡环之间为焊缝装配槽，内筒底端面竖直卡在焊缝装配槽内，第三卡环接近底板的边缘，第三卡环和底板边缘之间为环形卡接面，外筒底部从外侧卡住第三卡环，外筒底端面与环形卡接面贴合；所述底板下表面设有填料凸环，填料凸环与内筒底端面对应设置；气囊底座采用高强度钛合金能提高气囊底座材料的比强度，简化焊接轨迹的复杂程度，满足产品的轻量化和高强度制造要求。度制造要求。度制造要求。

【技术实现步骤摘要】
高强度轻量化气囊底座及其焊接工艺


[0001]本专利技术属于汽车零部件领域，具体涉及一种高强度轻量化气囊底座及其焊接工艺。

技术介绍

[0002]汽车悬架是车身或车架与车轮或车桥之间传力连接装置的总称，主要作用在于传递车轮与车身之间的力与力矩，如支撑力、制动力和驱动力等，从而达到缓和不平路面传给车身的冲击载荷、衰减由此引起的振动、保证乘员的舒适性、货物和车辆本身的动载荷。空气弹簧作为汽车空气悬架系统的重要组成部分，承受着较大的动载和静载。目前，制造空气弹簧气囊底座的材料主要还是传统的碳钢例如Q235，随着轻量化的发展，铝合金在气囊底座的应用也越来越广泛。但是铝合金熔焊存在着焊接气孔缺陷多，后期的无损检测，以及发生气孔缺陷后的补焊都会增加整体制造工艺的复杂性。
[0003]在焊接工艺的选择上，由于高强铝合金或者Q235钢的抗拉强度一般为500
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600Mpa之间，普通铝合金如6061强度更低（300 MPa）。为提高保证气囊的有效载荷，在设计外筒
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底板、立柱
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底板的连接部位时，由于该连接部位为焊接位置，考虑到焊接的软化作用，为保证承载力以及为了方便焊接的操作，不得不将连接处设计得较为厚实，采用的焊接工艺一般都是填丝氩弧焊或者气体保护焊。
[0004]例如图1中所示的一种普通铝合金的气囊方案，加粗部分分别为外筒
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底板、立柱
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底板连接处的焊缝。从图中可以看到，由于采用普通铝合金，外筒
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底板处的厚度较大，同时底板外呈现筒状，外筒
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底板的焊缝为以标准的环焊缝，而立柱
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底板的焊缝连接处，也为环焊缝，两个焊缝都设计了一个较高的环形台阶，其主要目的就是保证承载能力。作为主承载的气囊底座，其厚度分布在8
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10mm之间，为保证焊透，主要采用传统的填丝氩弧焊焊接，这也充分说明，采用传统的高强铝合金和Q235钢的气囊底座，不仅达不到减重轻量化的目的。同时在气囊的结构方案和焊接工艺方案方面，都是非常受限的。
[0005]一般而言，对于厚度较大的材料，一般采取开坡口，多层多道填丝焊接，加工效率低，且容易出现气孔缺陷，影响产品密封性能，因此，采用普通铝合金材料在保证整体刚性的前提下，无法降低材料厚度，不能同时满足气囊底座的高强度和轻量化的需求。

技术实现思路

[0006]针对上述问题和技术需求，本专利技术提供一种高强度轻量化气囊底座及其焊接工艺，其采用高强度钛合金作为气囊底座的材料，提高气囊底座材料的比强度，并通过优化设计气囊底座的结构，简化焊接轨迹的复杂程度，在保证产品强度的前提下，进一步实现产品的轻量化制造。
[0007]本专利技术的技术方案如下：高强度轻量化气囊底座，包括外筒、内筒和底板，所述底板为圆形，底板上表面设有竖直凸起且同心设置的第一卡环、第二卡环和第三卡环，其中第一卡环和第二卡环设置在底板半径的中部位置，第一卡环和第二卡环之间为焊缝装配槽，
内筒底端面竖直卡在焊缝装配槽内，第三卡环接近底板的边缘，第三卡环和底板边缘之间为环形卡接面，外筒底部从外侧卡住第三卡环，外筒底端面与环形卡接面贴合；所述底板下表面设有填料凸环，填料凸环与内筒底端面对应设置。第一卡环和第二卡环之间形成的焊缝装配槽，便于内筒的拼插和预固定，设置在焊缝装配槽背面的填料凸环既能够标记焊接位置，又能在后续激光焊接过程中补充焊接材料，免于人工填丝焊接；第三卡环和环形卡接面能便于外筒拼装在底板边缘，对外筒进行预固定，第一卡环、第二卡环和第三卡环的同心设置，使装配后的内筒与外筒也具有同一中心。
[0008]进一步的，所述外筒的周面上沿长度方向设有至少三圈加强层结构，加强层为向外凸起的弧形，加强层之间等距间隔设置。多重卷曲结构相当于加强筋的作用，能够增加外筒结构整体的抗压和抗屈曲性能。
[0009]进一步的，所述底板为一体成型件，底板底面的中心设有向下凸起的装配柱，底板的横截面为弧形。
[0010]进一步的，所述第一卡环、第二卡环和第三卡环均为向上的矩形凸起，填料凸环为向下的弧形凸起。第一卡换、第二卡环和第三卡环要卡住和固定内筒与外筒，设置成矩形具有更好的卡定效果，而将填料凸环设成为弧形，当激光焊接时，填料凸环从中部熔化向内填充，两侧熔化后向中间填料，在焊接完毕后，填料凸环的位置较为平整，没有过于突兀的焊接瘢痕。
[0011]进一步的，所述底板厚度为2
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3mm。
[0012]进一步的，所述内筒、外筒和底板均为钛合金材质制造成型，所述钛合金的化学成分为Ti
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4Al
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3Cr
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2V
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3Mo
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2Fe，按照质量分数，其中Al含量为3.6
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4.6%，Cr含量为2.5
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3.5%，V含量为1.5
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2.5%，Mo含量为2.5
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3.5%，Fe含量为1.5
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2.2%，余量为Ti。相比于普通铝合金和Q235钢而言，在承载载荷不变的情况下，钛合金比强度高于铝合金和Q235钢，钛合金制造的底板厚度将会显著降低，底板的钛合金厚度仅为2
‑
3mm，该厚度适合进行穿透脉冲激光自熔焊焊接工艺，将底板和内筒、外筒焊接在一起。
[0013]高强度轻量化气囊底座的焊接工艺，包括以下步骤：Step1：将底板水平放置，内筒的底端面插入到焊缝装配槽底部，外筒贴紧环绕第三卡环，插入至与环形卡接面贴合；Step2：采用脉冲激光自熔焊进行焊接，激光垂直向上对准填料凸环，沿着填料凸环焊接，激光穿透底板，将填料凸环烧熔后向上填料，补充焊接过程中的材料烧损，将内筒和底板焊接在一起；Step3：激光从底板下表面对准环形卡接面，绕着底板边缘进行焊接，激光穿透底板，将外筒的底端面与环形卡接面焊接在一起，底板下表面边缘烧熔后对焊接面补充材料。
[0014]采用激光穿透焊接工艺的优势在于：焊缝轨迹为近似平面的圆形轨迹，利用机器人或者机床带动激光焊接头，即可完成焊接，无需变位机等机构的配合。具有焊接质量稳定、焊接变形小、残余应力小等优点。
[0015]进一步的，所述脉冲激光自熔焊的脉冲能量为5
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12 J，脉冲时间为5
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10毫秒，焊接速度为5mm/s，光斑直径0.65mm，离焦距离
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2mm。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1）气囊底座采用钛合金材料制造，钛合金比强度高于铝合金和Q235钢，在相同载荷下，钛合金制造的底板厚度能减薄至2
‑
3mm，该厚
度适合采用脉冲激光自熔焊穿透焊接；2）相比于传统的填丝氩弧焊，采用激光焊接能利用机器人或机床带动激光焊接头进行自动穿透焊接，焊接质量稳定，焊接变形小，残余应力小；3）采用三个卡环分别卡住外筒和内筒，保证焊接之前的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高强度轻量化气囊底座，其特征在于：包括外筒、内筒和底板，所述底板为圆形，底板上表面设有竖直凸起且同心设置的第一卡环、第二卡环和第三卡环，其中第一卡环和第二卡环设置在底板半径的中部位置，第一卡环和第二卡环之间为焊缝装配槽，内筒底端面竖直卡在焊缝装配槽内，第三卡环接近底板的边缘，第三卡环和底板边缘之间为环形卡接面，外筒底部从外侧卡住第三卡环，外筒底端面与环形卡接面贴合；所述底板下表面设有填料凸环，填料凸环与内筒底端面对应设置。2.根据权利要求1所述的高强度轻量化气囊底座，其特征在于：所述外筒的周面上沿长度方向设有至少三圈加强层结构，加强层为向外凸起的弧形，加强层之间等距间隔设置。3.根据权利要求2所述的高强度轻量化气囊底座，其特征在于：所述底板为一体成型件，底板底面的中心设有向下凸起的装配柱，底板的横截面为弧形。4.根据权利要求3所述的高强度轻量化气囊底座，其特征在于：所述第一卡环、第二卡环和第三卡环均为向上的矩形凸起，填料凸环为向下的弧形凸起。5.根据权利要求1所述的高强度轻量化气囊底座，其特征在于：所述底板厚度为2
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3mm。6.根据权利要求1所述的高强度轻量化气囊底座，其特征在于：所述内筒、外筒和底板均为钛合金材质制造成型，所述钛合金的化学成分为Ti
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4Al
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3Cr
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘旭，刘红兵，殷国栋，高彦峰，胡春东，陈小东，谢吉林，
申请(专利权)人：扬州东升汽车零部件股份有限公司，
类型：发明
国别省市：