一、概述
近几年来汽车衡在检定和使用中出现“段差”较大的问题。这些问题主要表现是那 些由多节结构组成的承载器，由于大家都模仿u型梁结构制造，特别是在焊接u型梁时 采用连续不间断的方式，没有掌握正确的焊接工艺情况下，造成了加工内应力积聚，一 旦释放就使承载器结构变形，从而影响到汽车衡的计量性能。
二、焊接残余应力与变形钢结构在焊接过程中，在焊件上产生局部高温的不均匀温度场，高温部分的钢材膨胀受到邻近钢材的约束，从而在焊件内部引起较高的温度应力和变形，称为焊接应力和焊接变形。焊接应力较高的部位产生塑性变形，冷却后将残存于构件内部，因而将残存于构件内部的焊接应力和焊接变形称为焊接残余应力和焊接残余变形。
1.汽车衡焊接残余应力焊接残余应力是一种无载荷作用的内应力，因此会在构件内自相平衡。焊接残余应力包括纵向应力、横向应力和构件厚度方向的应力。
①纵向焊接残余应力
纵向焊接应力是指沿焊缝长度方向的应力。在施焊时，焊件上产生不均匀的温度场，焊缝附近的温度可高达1600℃以上，邻近区域则温度急剧降低。不均匀的温度场产生了 不均匀的膨胀，焊缝附近高温处的钢材膨胀变大，温度较低区域膨胀较小。
膨胀大的区域受到周围膨胀小的区域的限制，产生了热塑性压缩。焊缝冷却时，产生热塑性压缩的焊缝趋向于缩短，但受到两侧钢材限制而产生了纵向拉应力，两侧钢材因中间焊缝收缩而产生纵向压应力。
②横向焊接残余应力
横向焊接残余应力是指垂直于焊缝长度方向且平行于构件表面的应力。以钢板焊接为例，横向焊接残余应力由两部分组成：一部分是焊缝纵向收缩，它除产生上述纵向应力外，还使两块钢板趋向于形成反方向的弯曲变形，但焊缝已将其连成整体，因此在两块板的中部产生横向拉应力，两端产生压应力；另一部分由于焊缝在施焊过程中冷却时间的不同，先焊的焊缝已经凝固，会阻止后焊焊缝在横向自由膨胀，使它发生横向压缩塑性变形。当先焊部分凝固后，中间焊缝部分逐渐冷却，后焊部分开始冷却。这三部分产生杠杆作用，使后焊部分收缩而受拉，先焊部分因杠杆作用也受拉，中间部分则受压。而产生横向焊接残余应力
③厚度方向焊接残余应力
厚度方向焊接残余应力是指垂直于焊缝长度方向且垂直于构件表面的应力。较厚钢板焊接时，焊缝厚度方向中部冷却比表面缓慢，形成中间焊缝受拉，四周受压的状态。
因此，焊缝除了纵向和横向应力之外，在厚度方向还存在焊接残余应力。焊接残余应力是自相平衡的内应力，其拉应力合力与压应力合力相等。因此，对于没有严格应力集中的焊接构件，在静力载荷作用下，只要钢材具有塑性变形能力，焊接残余应力不会影响构件的承载能力。
在焊接构件中均存在双向或三向残余应力，当形成同向应力，尤其是同向拉应力时由于塑性变形受到约束，使焊缝附近的材料变脆，裂纹容易产生和开展，因而降低了焊缝及其附近钢材的疲劳强度，尤其是在低温情况下，冷脆现象更明显。另一方面，3焊接残余应力常达到或接近钢材的屈服点，这将促使疲劳裂纹更容易形成和扩展，从而 降低了构件的疲劳强度。
2.汽车衡焊接残余变形
在焊接过程中，焊件不均匀受热和不均匀冷却将产生焊接残余应力和焊接残余变形。这就是为什么我们在焊接u型梁结构的汽车衡承载器时，不能在焊接u型梁的同时将两 端的封板焊牢，而是要按照焊接工艺先将u型梁与面板组合，待此部分冷却后， 再将两端的封板和搭接头与其组合焊牢。
因为焊接残余变形影响结构的尺寸精度和外观，并可能导致构件产生初弯曲、初扭曲以及初偏心等，从而构件受力时产生附加弯矩、扭矩和变形，引起其承载能力降低。导致整个承载器发生扭曲，使承载器多块台板之间的搭接头不能平整连接，以致轻载车辆与重载车辆的误差变化较大，甚至于车辆离开承载器后示值也不能迅速回到零点。
三、汽车衡减小焊接残余变形的方法
减少焊接残余变形应从构造和焊接工艺两方面采取措施。
1.构造措施
①为避免焊接热量集中引起焊接应力过于集中，应尽量减少焊缝数量以及焊缝的厚 度和长度。搭接角焊缝一般设计成焊脚尺寸适当小而焊缝长度相当长些；焊缝尽量对称 布置，尽量避免焊缝过于集中或多方向焊缝交于一点，焊缝间留间距；拼接梁的 翼缘对接处与腹板对接处应错开的距离，加强筋肋内面切角应避免其焊缝与翼缘和 腹板间的主要受力焊缝交叉。
②为避免截面突发引起应力集中现象，连接过渡应尽量平缓。如宽度和厚度不同的 钢板拼接时采用不大于1:4的坡度过渡；直接承受动力载荷结构的角焊缝采用凹形或平 坡形角焊缝；当板厚小于7mm的搭接连接，搭接长度应不小于25mm，并且不应只采用一 条正面角焊缝来传力。
③为避免焊接缺陷引起应力集中，焊缝应布置在便于施焊的位置，并且有合适的空 间和角度，尽量避免仰焊
2.焊接工艺措施
①采取适当的焊接顺序和方向，例如为了使每次施焊产生的残余应力和残余变形有 所抵消，应尽量采用对称焊、分段焊、厚度方向分层焊、钢板分块拼焊、工字形顶接时 采用对角挑焊；为使收缩量或受力较大的焊缝留有伸缩余地，减小残余变形，先焊收缩 量较大的焊缝，后焊收缩量较小的焊缝；先焊受力较大的焊缝，后焊受力较次要的焊缝；
②施加反变形。施焊前使构件有一个和焊接变形相反的预变形，焊接后产生的焊接 变形与预变形可以相互抵消。这种方法可减小焊接残余变形，但不会消除焊接残余应力。
③施焊前预热。在施焊前将构件整体或局部预热至100～300℃，施焊后保温一段时 间，以减小焊接和冷却过程中温度的不均匀程度，从而降低焊接残余应力并减少发生裂 纹的危险。较厚的钢材或在低温环境下焊接时，通常应对焊缝附近局部进行预热。
④在焊接过程中，应尽量减少焊接约束等影响（如两端的封板后焊），即尽量使金 属构件能够在自由状态下受热和冷缺，以减少焊接残余应力。
⑤汽车承载器在存放、运输等自然时效去应力过程中，应注意存放支撑的位置，在工艺中有明确规定，以减少因残余应力的释放而造成的变形。
3.减少焊接残余应力的方法
①热时效法
在施焊后加热到600℃左右进行高温回火，保持一段恒温后缓慢冷却。对于尺寸较 小的焊件可进行整体高温回火，由于加热已达到钢材的热塑性温度，可消除大部分残余 应力，而对尺寸较大焊件可对焊缝附近或残余应力较大部位进行局部高温回火，以减小 残余应力。但是，由于这种方法属于高耗能的工艺，目前基本上已经被淘汰了。
②抛丸喷砂法
对于要求比较高的结构件来讲，抛丸喷砂是涂装之前必须进行的一项工作，此项工艺对于焊接应力的均化也是有意义的。通过抛丸的作用可以将一部分结构件表面的应力均化了，有效减少焊接应力的不良影响。
③过负荷法
过负荷法是在结构件焊接结束后，在短时间内将结构件能够承受的作用力作用其上，反复多次地作用于结构件上，目的是让结构件中的内应力尽快释放出来。当然也6可以将装满载荷的车辆反复在该结构件上碾压
④振动时效法
振动时效是介于自然时效和热时效两者之间的方法，即构件在激振器所施加的周期性外力作用下产生共振，从而松弛由于焊接造成的残余应力，以获得尺寸精度稳定，可以与热时效的构件媲美。振动时效可以均化残余应力50％左右，效果比热时效低一些， 但比自然时效高，主要是降低残余应力峰值；它和自然时效一样，能保持构件的刚度， 而热时效却使构件的刚度下降。振动时效的优点就是节约能耗，时效的效果比较好，缺点就是噪音比较大，必须增加一些隔音装置。
所以，汽车衡的承载器在连续焊接结束u型梁之后，为了均化焊接应力、稳定结构，在15-20min之内进行振动时效，而后再焊接两端的端板。