簡析汽車白車身焊接工藝

陳炳輝，俞愛蘭

（江西五十鈴汽車有限公司，江西 南昌 330010）

汽車是人們常用的交通工具，白車身焊接的質量直接影響汽車的整體性能，如車輛外觀、風噪、震動等參數。汽車白車身由上百種沖壓件通過焊接、鉚接等方式連接而成，因此，白車身焊接工藝顯得尤其重要，是改善汽車質量的重要因素，本研究從汽車白車身焊接工藝、設計要素進行分析，并對焊接技術發展趨勢進行展望。

1 白車身焊接工藝的設計條件

為便于焊接工藝的設計，需具備以下條件。

1）白車身3D 數模。在汽車設計制造領域，一般使用CATIA、UG 和Pro/E 等3D 軟件打開數模獲取數據。在汽車白車身焊接工藝設計過程中，整個白車身數模是由各零部件數模組裝而成，可從數模中得到車身結構尺寸與零部件間的位置關系等信息。此外，還可通過車身數模制作出各種2D圖紙等[1]。

2）白車身零部件清單，包含各零部件名稱、圖號、數量和層級等信息。

3）整套產品圖紙，包含各零部件定位信息、焊點分布和數量等內容。

4）樣件、樣車。包括白車身分總成、大件總成以及沖壓件等物料[2]。

以上四種要素是保證焊接工藝設計具備合理性的前提，因此必須引起相關設計人員的重視。

2 白車身焊接工藝

2.1 電阻焊工藝

電阻焊在汽車制造工藝中使用較多，具有高速、低損耗、變形小和易于實現自動化、機械化的優勢，一般汽車的焊點數為4 000～6 000 個。電阻焊是通過兩個電極的電極力夾緊被焊工件，然后通電，在工件間產生電阻熱，使其接觸面及鄰近區域材料熔化，冷卻后形成可靠點的一種方法。

1）電阻焊焊接過程。①預壓：電極下降壓緊被焊工件，使工件間有適當壓力。②通電：焊接電流通過工件，使焊接處產熱形成熔核。③斷電：切斷電流，此時電極繼續保持壓力，直至熔核冷卻到一定強度。④斷壓：電極松開脫離被焊工件。

2）電阻焊的缺陷。①鈑金焊穿。當電極或工件上有污物、工件存在銹蝕或電壓不穩定時，都會產生鈑金燒穿問題。②焊點表面過熱。當電流過大、電極壓力過大或通電時間過長，都會產生焊點表面過熱問題。③焊點徑向裂縫。直接原因是板材金屬特性，間接原因有焊接壓力高、電極使用時間長、電極頭部面積小、保壓時間短。④焊點虛焊。主要原因有電流太小、焊接時間短、電極壓力過大、電極不對中、電極水冷不良。⑤焊點表面發黑。產生原因主要為電極表面存在雜質，也可能是電極壓力不足造成。

3）加強焊接參數和焊點質量過程管控可避免電阻焊時出現缺陷。①定期對焊機參數（電流、壓力和時間）進行檢查。對焊機設置了焊接參數后，一般按照1次/月的頻次覆蓋所有焊機檢查參數符合性。②定期對電極頭修挫。手工焊鉗的電極頭一般按照300個/次焊點頻次進行修挫。③定期對焊點質量進行檢查。每天開班前進行試片撕裂試驗，作業過程中按照10 臺/次的頻次進行焊點撬鏨。

2.2 氣體保護焊工藝

氣體保護焊是使用惰性氣體保護電弧和焊接區域，以連續送進的焊絲作為熔化電極的電弧焊方法，簡稱MIG（Metal Inertia Gas）焊。在白車身鈑金焊接和維修作業中，氣體保護焊是常用的方法之一，它主要應用于不銹鋼、鋁鎂合金和耐熱合金等一些活性較強金屬的焊接。氣體保護焊的主要缺陷和預防措施如下。

1）焊接飛濺。飛濺是氣體保護焊一種常見的情況，當焊絲含碳量過高、導電嘴磨損嚴重或電壓選擇不當時，飛濺會增多，因此應通過選擇優質焊絲、更換導電嘴、調節電壓等方式減少焊接飛濺。

2）氣孔。氣體保護焊氣孔產生的原因主要有工件表面不干凈、保護氣純度不夠和水分太多、氣體流量不夠等。采用氣體保護焊工藝前通常需徹底清理工件表面銹水油、采取擋風措施降低空氣對流和更換氣體等方式防止氣孔產生。

3）裂紋。氣體保護焊裂紋產生的主要原因有工件或焊絲中磷、硫含量高，錳含量低以及焊接參數選擇不當等。通常采用控制工件和焊絲的磷、硫等含量，選擇合適的焊接參數，焊前預熱和焊后消氫處理的方式避免焊接裂紋。

4）未焊透。氣體保護焊未焊透的主要原因有焊接參數選擇不當、焊接過程搖動不均勻、工件坡口角度太小、根部間隙小等，可通過選擇合適的焊接參數、提高員工操作技能和保證工件坡口角度等措施來避免未焊透問題。

5）咬邊。咬邊產生的原因主要是工件邊緣或工件與焊縫交界處，在焊接時由于熱量集中、溫度太高產生的凹陷，可通過選擇合適的焊接參數、提高員工操作技能來避免。

2.3 激光焊工藝

激光焊接是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法，將高能量的激光束輻射至被焊工件的表面，被焊工件吸收能量熔化后冷卻結晶完成焊接[3]。與電阻焊相比，具有強度高、速度快和變形小等顯著優勢，可以將強度等級、厚度和鍍層不同的材料拼接在一起，優化材料選型。隨著汽車工業的輕量化和高強度的發展趨勢，激光焊接在鋁合金和不銹鋼等材料中得到廣泛應用。

2.4 攪拌摩擦焊工藝

攪拌摩擦焊（Friction Stir Welding, FSW）源自于20 世紀90 年代，通過高速旋轉鉆頭與金屬件摩擦的熱量熔化部分被焊材料，被焊材料在鉆頭的擠壓下形成致密的固相焊縫。與其他焊接技術相比，攪拌摩擦焊具有所需熱源低、無需保護氣和焊條等材料優勢。另外，焊接過程中無飛濺和煙塵，可有效避免焊接裂紋和氣孔等質量缺陷[4-6]。目前攪拌摩擦焊工藝主要用于鋁鎂合金焊接。

3 白車身焊接工藝設計分析

3.1 白車身總成拆分

汽車白車身由上百種沖壓件通過焊接、鉚接等方式連接而成，同一類型的車身最終合拼時主要由五門一蓋、機艙、地板、側圍和頂蓋等大總成組成，由于設計時需考慮廠房面積和節拍等因素，所以同一類型車的各總成間連接順序與連接方式還是存在差異。因此，為保證車身的焊接組裝工作，需合理地拆分模塊。

3.2 確定設計基準

由于車身尺寸的擬定、制造和檢驗環節都需要建立在同一個定位體系中，因此在車身結構設計時，通常將焊接、組裝、轉運以及總裝配所需遵循的技術標準統籌考慮[7-8]。只有確保都建立在同一技術基準的前提下，避免設計基準、沖壓基準、焊裝基準和檢測基準等基準之間的轉換，才能實現焊接車身時結構尺寸和外觀幾何形狀完全符合。確定基準時需注意基準的統一性、基準必須滿足工件精定位的要求、基準要有利于測量操作、基準要有利于焊接操作等方面要求。此外，還應明確白車身裝配設計的幾何基準。幾何基準主要指零部件的某一個顯眼位置，以此來確定其在三維坐標系統內的理論數值。零部件幾何基準的準確性很大程度上影響著車身裝配幾何形狀的精度，所以需重視白車身幾何基準的確定，設計人員在焊接設計前，需詳細研究各部件基準，確定基準并發布在基準數模中[9-10]。

3.3 確定裝配順序

為滿足產品設計，車身焊接過程中各個零件或總成都需要嚴格按照相關的順序來進行，所以在設計時需確定每個零部件的裝配順序，從而保證焊接過程能有效實施。

3.4 分析焊點

白車身的連接有焊接和鉚接等方式，焊接的焊點在白車身連接方式中占據很大的比例，為保證連接強度和車身精度，在白車身設計時需先對焊點進行設計規劃，如焊點分布、數量和重要度等[11]。汽車白車身焊接過程中受到工裝設備布置空間和生產節拍的限制，難以一次性完成全部焊接工作，常需要通過分層焊接以及補焊的方式，在這個過程中，需要確定定位焊點來保證工件尺寸的精度，確保各零部件總成或白車身的尺寸精度都符合要求，之后再采用補焊方式完成所有的焊接。

4 白車身焊接技術發展趨勢

隨著科學技術和經濟全球化的發展，白車身焊接將有更多的技術得到開發，從目前車身焊接技術現狀來看，汽車車身焊接技術將朝新材料應用、自動數字化等方面發展。

4.1 新材料應用

隨著汽車工業的輕量化和高強度的發展，汽車制造也逐步趨向于采用新型的優質鋼、復合材料和合金材料來減少車身重量。這些新材料的應用給車身焊接帶來了更高的要求，因此在焊接作業中需科學分析焊接材料，并采用相適應的焊接方法。

1）優質鋼。優質鋼具有強度高、耐腐蝕性強和回彈小等顯著優勢，但塑性溫度區間較窄，給焊接增加了困難[12]。實際焊接過程通常使用脈沖點焊、中頻電焊等方法實現優質鋼焊接。

2）復合材料。目前汽車行業使用較多的復合材料為碳素纖維復合材料，使用該材料的零部件重量可減少約50%[13]，能有效減輕車身重量。不同于傳統材料焊接方法，碳素纖維復合材料通過樹脂傳遞模進行局部塑性。

3）合金材料。在汽車白車身制作中，目前應用較多的合金材料主要有Al 合金、Mg 合金和Ti 合金等。合金材料在白車身的應用，增加了白車身的焊接難度，目前通常采用鉚接焊接、摩擦攪拌焊和TIG 等焊接方法來實現合金材料的焊接[14]。

4.2 自動數字化

傳統的手工焊接方式效率低，且焊接精度較差，對于汽車行業而言，自動數字化將成為未來汽車焊接發展的一個大趨勢。自動數字化能收集處理很多復雜信息，在無人或少人狀態下完成焊接工作。通過自動數字化生產，可降低對人的依賴，節約人力成本，且能夠系統高效地完成生產，提升效率，使用更短的時間創造更多的價值，提高產能[3]。

5 結語

汽車白車身的焊接精度直接影響汽車的整體質量，因此在汽車制造過程中，要重視白車身焊接工藝的設計。需嚴格依照相關規范，綜合考慮各種因素，不斷提升焊接工藝水平，完善焊接設計方法，才能夠確保焊接工藝滿足白車身的精度要求，使白車身的焊接達到理想的效果，提升汽車安全性和穩定性。此外，還需堅持創新的理念，推動汽車焊接技術創新，促進車身焊接技術的發展。