輥壓窗框結構門總成焊接變形分析及解決思路淺談

黃列群

摘 要：本文分析了輥壓窗框結構門總成焊接變形的表現，并從產品結構、基準定位、工藝工裝設計、變形補償等方面討論如何減少焊接變形的方法，雖然焊接變形有其不可控性，但是分析并掌握變形規律，采取相應對策，可以最大限度的減少變形量，達到尺寸控制目標。

關鍵詞：輥壓窗框 車門 焊接 變形

Analysis and Countermeasures of the Welding Deformation of the Rolled Window Frame Door Assembly

Huang Liequn

Abstract：This paper analyses the welding deformation of the rolled window frame door assembly and discusses the method of how to reduce welding deformation through the structure of the product，datum system design，process design，welding fixture design and deformation compensation. Although the welding deformation is not controllable，but by analyzing and grasping the deformation regularity，and adopting corresponding countermeasures，the deformation can be reduced and dimensional target can be achieved.

Key words：rolled window frame，door，welding，deformation

1 車門結構類型及其特點

車門總成主要由車門內板、車門外板、玻璃導槽、內外窗臺加強板、門鎖加強板、防撞梁等組成。目前主流的車門結構設計主要有“全尺寸內外板結構”、“半開放式車門結構”和“滾壓窗框結構”這三種類型。

全尺寸內外板結構的門總成主要特點是車門外板及內板均為全尺寸，內板與子零件焊接后與外板通過包邊閉合形成車門總成。全尺寸內外板結構門總成的主要優點是剛性好、工藝簡單、制造精度高。但它的缺點是窗框較寬，裝飾性不佳，不符合現代的審美需求，所以此類型設計結構越來越少。

半開放式車門結構的門總成主要特點是使用全尺寸的沖壓內板、窗框加強板和一半尺寸的沖壓外板組成，因此車門外板尺寸變小，材料的利用率提高，造型設計可塑性好，符合現代審美要求。但這種車門結構的缺點是沒有門外板上框，因此玻璃上導槽的結構集成度高，設計難度和制造難度較大，各零件間的匹配結構復雜，且容易出現玻璃升降等功能問題，無法滿足汽車企業低成本高價值的目標。

本文主要討論輥壓窗框結構門總成，此類型門總成主要由輥壓窗框、車門內板、車門外板、外窗臺加強板、門鎖加強板、防撞梁等組成。其中輥壓窗框由幾段通過輥壓工藝成型的導軌和窗臺內板加強板焊接而成，它將車門內板上部、車門外板上部以及玻璃導槽的功能集成在一起，然后與窗臺內板加強板焊接如圖所示。

門內外板尺寸僅為窗臺以下部分，然后輥壓窗框與門內板在窗臺位置通過焊接的方式連接成一個完整的車門，見圖1。這種結構的門總成優點是窗框可以不受沖壓和焊接工藝的限制，寬度可以設計得比較窄，有利于造型設計和駕駛員的視野需求。[1]并且門內外板尺寸均縮小了幾乎一半，模具成本降低了很多，板材的利用率也大幅提升。由于輥壓窗框門總成的整體性價比高，因此被眾多主機廠采用。

但是，輥壓窗框結構門總成存在一個急待解決問題，即整個窗框總成是和門內板焊接連接的，容易出現焊接變形問題，制造精度比較難控制，并且尺寸大，剛性強，變形問題無法通過人工進行校正。

因此本文圍繞解決輥壓窗框結構門總成的焊接變形問題進行分析和研究。

2 輥壓窗框結構門總成的工藝順序

如圖所示，輥壓窗框結構門總成的工藝步驟主要由4個工序組成，見圖2。

3 輥壓窗框門總成焊接變形的主要表現

輥壓窗框與門內板合拼焊接，焊點主要集中在窗臺附近，在焊接過程中隨著接通焊接電流，焊點位置的溫度迅速上升，在0.5s到達1500攝氏度;當電流被切斷后，由于工件被周圍的空氣冷卻，工件的溫度逐步降低。 焊接結束后，在熱影響區產生的殘余應力值在焊接熱影響區沿著工件厚度方向產生回彈翹曲變形，導致發生了圍繞窗臺線的彎曲變形，主要表現為輥壓窗框外翻或內收如圖3所示。輥壓窗框往車身外側變形的定義為I類變形，輥壓窗框往車身內部彎曲變形的定義為II類變形，I類變形的門總成裝配到整車后的故障表現主要是門框與周圈匹配零件正段差超差、風噪、漏水等問題。II類變形的門總成裝配到整車后的故障表現主要是門框與周圈匹配零件負段差超差、關門力大等問題。

4 如何減少變形發生

4.1 優化設計結構

搭接結構類似半包圍式，即輥壓窗框鑲嵌入門內板，需要保證輥壓窗框與門內板非必要接觸面的安全距離，以免出現輥壓窗框與內板干涉落不到位的情況，此種情況將會導致焊接后會產生更大的彎曲變形，且變形量波動大，不利于后續的校正工作。

4.2 優化基準定位體系

輥壓窗框的輥壓段是腔體結構，剛性比較強，而窗臺加強板的厚度一般為1.2mm的沖壓薄板，它的剛性相對弱很多，因此，輥壓窗框的定位體系需要選取剛性較強的輥壓段上，并保證單件、焊合件的所有檢具基準、焊接工裝夾具基準的一致性。

4.3 優化工裝設計

為了焊接熱應力釋放的瞬間，工件得到有效地剛性固定，以減少變形發生。焊接工裝上應布局足夠多的剛性夾緊點[2]，輥壓窗框至少布局7組夾緊點，門內板布局8組夾緊點，并且夾緊點盡可能對稱分布。此外夾緊接觸面也做了適當加寬設計，才能有效控制焊接熱應力釋放發生的變形。

4.4 優化工藝設計

輥壓窗框與門內板的連接方式一般為點焊加釬焊，焊接位置主要集中在窗臺區域，因此，合理的焊接順序可以有效減少焊接變形。一般原則上優先焊接底面，目的是消除兩個搭接零件間的間隙，然后再焊接立面。

為尋找最優方案，我們可制定3～5種焊接順序方案，然后進行一一試驗，可得出相應的3～5種焊接變形結果，選取焊接變形最小的方案作為最終的工藝方案。[3]

4.5 控制零件關鍵尺寸

所有輥壓窗框與門內板的接觸面均為關鍵控制尺寸型面，要求型面公差控制在+/-0.5mm以內，接觸的立面需要進行偏公差設計，內板為0～0.3mm，輥壓窗框為-0.3～0mm，以保證輥壓窗框可順利放入內板，如圖4所示。

4.6 變形校正

輥壓窗框與門內板焊接后，彎曲變形已經發生，這時候可以在引出焊拼臺，即工序4的平臺上進行變形校正，根據彎曲變形的兩種表現進行反向校正。引出焊平臺布局一般為門內板朝上，因此針對I類彎曲變形可在引出焊的1～4#夾緊點采取加高支撐夾緊面的措施，針對II類彎曲變形，則在引出焊的1～4#定位點采取降低支撐夾緊面的措施。如圖5所示。

變形補償經驗值選擇根據經驗整理如表1所示，假設夾緊點位置面差變形量為X。

此變形補償經驗值僅供參考，實際的變形補償值與產品結構設計、子零件的制造偏差、焊接材料的熱物理參數、 焊點布局、工藝順序、焊接夾具的設計、以及裝夾的位置、焊接中真實焊點位置的偏移等有較大關系。通常，在子零件制造狀態比較穩定的情況下，即子零件的過程能力指數Cpk≥1.33時，焊接出現的變形量是比較穩定的，那么經過3～5次調試則可鎖定變形補償值。

5 總結

本文根據輥壓窗框結構門總成的產品結構及其工藝特點，分析了這類門總成焊接變形的產生原因及表現形式，并討論控制和校正變形量的可行措施。

焊接變形一直是焊接專業的難題，受影響的因素很多，有其不可控性，也有其規律，掌握解決的思路和方法，并采取相應的措施進行驗證優化，才能達到尺寸控制目標。

參考文獻：

[1]周旸，汽車車門的設計探析，時代汽車，2020，（10），78-79.

[2]婁萬軍，汽車制造中的焊接變形與控制，黑龍江科學，2020，11（10），96-97.

[3]王浩，吳華芝，李杰，微車車架焊接變形及其控制方法，企業科技與發展，2013年第13期.