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焊接工艺分析

发布时间：2022-02-15 08:20:23 浏览次数：

汽车产品开发是1项复杂的系统工程，一般可划分为5个阶段：项目策划阶段、概念设计阶段、工程设计阶段、生产准备阶段、生产阶段。为了提高产品质量、缩短产品开发周期、降低成本，工程设计与产品设计同步进行，工艺部门在产品开发各阶段，结合生产线实际情况，从工艺可行、质量控制、成本等方面评审，并与产品设计部门达成最终解决方案。现对汽车开发不同阶段的焊装领域工艺评审内容进行简要分析。

产品在策划阶段，产品造型师根据输入的新车型的基本概念、车型定义等信息，设计出效果图，效果图只显示出产品的主要轮廓和关键点的造型特点。

概念设计阶段，产品设计师根据通过评审的效果图，发放A级表面（Concept A-Surface，CAS）[1]数据，CAS数据即外表面数据，用于展示产品效果及初步分析工艺可实现性，分为内CAS数据（内饰）和外CAS数据（外部造型）。

工艺领域对造型效果图进行评审，通过造型分析，预判车身结构形式在焊装领域的工艺性，提出合理建议，从而达到工艺可实现性与合理性，降低焊装工艺难度，降低生准投资，提升质量。

效果图只是大概显示出产品的主要轮廓和关键点的造型特点，焊装工艺评审问题不多，提出的评审问题如果产品采纳则会对产品造型进行改动。

焊装领域针对造型的工艺评审维度主要有如下7个方面。

2.1 通过性

考虑车身、侧围、顶盖产品的尺寸和工艺内容等信息在已有生产线上的通过性。如图1某车型顶盖与侧围区域造型所示，顶盖与侧围的拼接处缝隙很小，没有传统的装饰条的安装空间，所以判断此处会设计成激光焊，该工艺现有生产线无法实现，必须提出工艺评审，建议将此处改为点焊工艺。

图1 某车型顶盖与侧围区域造型

2.2 降低工艺难度

车身分缝、棱线、特征点的搭接关系尽量少，降低匹配和调整的难度。如图2某车型翼子板与前盖匹配区域所示，翼子板与前盖匹配区域需要保证的特征点过多，调整的方向也较多，调整困难，提出工艺评审建议，减少匹配方向。

图2 某车型翼子板与前盖匹配区域

2.3 降低生准投资

考虑外表面冲压零件分块方式对焊装面积、投资和质量的影响，建议外表面零件尽量减少分块。

2.4 提升质量

考虑门盖的形状特征对包边压合可实现性和外表面质量的影响。如图3（a）某车型后盖造型所示，其后盖前部尖角为锐角，压合压料设置困难，容易引起角部塌角和角部坑质量问题，建议改为图3（b）所示的直角或者钝角。

图3 某车型后盖造型

2.5 考虑车身焊接可达性

如后盖灯口、侧围尾灯口处预留出足够的焊接空间。如下图4某车型侧围后尾灯造型所示，侧围后尾灯端部过窄、夹角小且延伸尺寸较大，由于空间限制很难实现点焊，建议更改为冷金属过度焊或者更改造型。

图4 某车型侧围后尾灯造型

2.6 结构稳定性

如图5某车型翼子板与A柱搭接区域造型，翼子板与A柱匹配区域为搭接结构，翼子板与侧围大面积无连接，有翘边风险，建议更改此处造型。

图5 某车型翼子板与A柱搭接区域造型

2.7 基因问题规避

由于造型设计带来的质量问题，必须在造型阶段提出。如图6(a)所示，某车型投产后出现过大天窗顶盖坑的问题，此问题难以通过工艺解决，在新车型造型阶段就要提出，建议增加加强筋规避此问题，如图6（b）所示。

图6 某车型顶盖坑质量问题

车身主断面设计是汽车车身设计中的重要环节，它贯穿于整个汽车车身设计开发过程中。从车身油泥模型制作开始到车身结构设计完成的整个过程中，它是车身造型阶段工程可行性分析的重要手段与工具，是指导车身结构设计的重要依据。

车身主断面定义了零件之间的结构断面形式、搭接关系、可装配性、涂胶结构、工具可操作性等关系，通过工艺评审可以在结构设计前提前发现并解决一些问题。

焊装主断面工艺评审主要从以下方面进行。

3.1 焊接搭接边长度

焊接搭接边长度是主断面评审的一项重要内容，一般要求焊接边≥12 mm，如图7所示某车型B柱主断面结构，焊接边只有10 mm，存在焊接质量不良的问题，要求将焊接边加大到12 mm以上。

图7 某车型B柱主断面结构问题

3.2 零件间干涉性检查

通过断面评审发现数据上存在的干涉点。如图8所示，某车型加油口座下部与侧围外板搭接处在上件过程中存在干涉点，需要消除干涉。

图8 某车型加油口座下部与侧围外板搭接处干涉问题

3.3 结构强度评审

主要评审安装装配中产品的结构强度、稳定性等质量问题。如图9所示某车型后保险杠下固定支架结构过长，强度不足易变形，影响安装质量，建议减短后保险杠固定支架结构，增加强度。

图9 某车型后保险杠下固定支架

3.4 包边尺寸

压合包边是主断面评审中重要部分，主要评审包边长度和内外板间隙，包边太短影响包边效果，内外板间隙太小，则存在干涉风险。如图10（a）所示，前门外板与加强板搭接面为3.3 mm，影响包边效果。建议参照图10（b）所示压合包边评审标准修改搭接面为5～8 mm。

图10 压合包边问题及评审标准

3.5 装配操作性

装配操作性评审是对人工操作可行性和便利性进行评审。如图11某车型后门安装铰链时为2个相反方向作业，操作不便，要求改为车身外部安装螺栓。

图11 某车型后门安装铰链操作问题

在产品造型设计后的车身结构设计阶段，设计师会发放白车身结构数据，包括车身数据、焊点数据、涂胶数据、加工基准、BOM等信息。从首版结构数据发放到数据冻结前，工艺部门会根据不同版数据持续提出工艺评审，评审主要是针对产品装配性、焊接工艺性、加工基准合理性、夹具可实现性、借用件、涂胶、生产线的通过性、节拍合理性等方面，提高产品制造过程中的质量，降低投资，规避停台风险。

4.1 装配可行性

a.零件层级结构分析，层级结构决定了工艺，要求各分总成装配顺序与原有工艺一致，且结构简化。如图12（a）中，某车型设计时侧围内板A柱、C柱在B柱处搭接，且涂胶在不同件上，需二次涂胶，建议如图12（b）所示将C柱与B柱不搭接。

b.零件装配干涉检查，分动态和静态检查。静态干涉检查包括零件搭接R角，非焊接面的间隙。动态检查即模拟实际装配过程，保证零件无干涉。如图13所示在装配侧围C柱总成过程中与侧围外板干涉，使外板变形或者装配不到位，建议将干涉部位切除。

图12 某车型B柱搭接结构

图13 某车型装配过程中干涉问题

c.防错检查分析，主要关注结构对称或者相似的零件，防错方法主要是在零件上使用数字、字母、箭头或开孔进行标识防错。如图14所示，某车型顶盖行李箱支架为非对称件，螺柱左右两侧差异较小，容易装反，建议增加工艺缺口进行防错。

d.工具操作性分析，应尽可能与现有生产线的通用装配工具共用，保证操作空间足够，降低操作难度。

图14 某车型顶盖行李箱支架防错装问题

4.2 焊接工艺性

a.焊装工艺主要有点焊、凸焊、螺柱焊、CO2焊、MIG（熔化极气体保护电弧焊）焊、CMT（冷金属过渡焊）、激光焊等工艺，要分析是否有超出已有焊接工艺范围的工艺。

b.焊接工艺的选择，考虑特殊部位选择不同的焊接工艺对零件质量的影响，如图15所示,某车型后背门尾灯处设计为CO2焊工艺，由于后门外板为薄板，CO2焊热量大，外表面容易变形，建议改为点焊，消除质量隐患。

图15 某车型后背门尾灯处工艺问题

c.焊接可达性，即考虑零件结构、尺寸、形状与预估的夹具结构、焊钳是否存在干涉、障碍、刮碰，能否顺利实现焊接。重点关注狭小空间、形状复杂零件。通过评审确保工艺性良好，保证点焊、凸焊、螺柱焊、弧焊等焊接操作的顺利进行。

如图16所示，某车型螺柱焊时螺柱周围空间不足，为保证定位精度，螺柱焊时焊枪需使用焊接样板，一般为圆形衬套导向，直径50 mm左右，因此焊接部位需要保证足够的焊接空间。

图16 某车型螺柱焊工艺问题

4.3 加工基准的合理性评审

加工基准评审主要目的是简化夹具结构，降低制造成本，提高操作便利性。如图17所示，某车型侧围内板基准孔所在平面角度的存在，使得定位机构需要倾斜设计，连接机构复杂，评审后取消凸台，使定位面与X面平行，简化了结构，优化了焊接空间。

图17 某车型侧围内板基准孔问题

4.4 夹具的可实现性

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