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焊接工藝分析

發布時間：2021-02-15 08:20:23 瀏覽次數：

汽車產品開發是1項復雜的系統工程，一般可劃分為5個階段：項目策劃階段、概念設計階段、工程設計階段、生產準備階段、生產階段。為了提高產品質量、縮短產品開發周期、降低成本，工程設計與產品設計同步進行，工藝部門在產品開發各階段，結合生產線實際情況，從工藝可行、質量控制、成本等方面評審，并與產品設計部門達成最終解決方案。現對汽車開發不同階段的焊裝領域工藝評審內容進行簡要分析。

產品在策劃階段，產品造型師根據輸入的新車型的基本概念、車型定義等信息，設計出效果圖，效果圖只顯示出產品的主要輪廓和關鍵點的造型特點。

概念設計階段，產品設計師根據通過評審的效果圖，發放A級表面（Concept A-Surface，CAS）[1]數據，CAS數據即外表面數據，用于展示產品效果及初步分析工藝可實現性，分為內CAS數據（內飾）和外CAS數據（外部造型）。

工藝領域對造型效果圖進行評審，通過造型分析，預判車身結構形式在焊裝領域的工藝性，提出合理建議，從而達到工藝可實現性與合理性，降低焊裝工藝難度，降低生準投資，提升質量。

效果圖只是大概顯示出產品的主要輪廓和關鍵點的造型特點，焊裝工藝評審問題不多，提出的評審問題如果產品采納則會對產品造型進行改動。

焊裝領域針對造型的工藝評審維度主要有如下7個方面。

2.1 通過性

考慮車身、側圍、頂蓋產品的尺寸和工藝內容等信息在已有生產線上的通過性。如圖1某車型頂蓋與側圍區域造型所示，頂蓋與側圍的拼接處縫隙很小，沒有傳統的裝飾條的安裝空間，所以判斷此處會設計成激光焊，該工藝現有生產線無法實現，必須提出工藝評審，建議將此處改為點焊工藝。

圖1 某車型頂蓋與側圍區域造型

2.2 降低工藝難度

車身分縫、棱線、特征點的搭接關系盡量少，降低匹配和調整的難度。如圖2某車型翼子板與前蓋匹配區域所示，翼子板與前蓋匹配區域需要保證的特征點過多，調整的方向也較多，調整困難，提出工藝評審建議，減少匹配方向。

圖2 某車型翼子板與前蓋匹配區域

2.3 降低生準投資

考慮外表面沖壓零件分塊方式對焊裝面積、投資和質量的影響，建議外表面零件盡量減少分塊。

2.4 提升質量

考慮門蓋的形狀特征對包邊壓合可實現性和外表面質量的影響。如圖3（a）某車型后蓋造型所示，其后蓋前部尖角為銳角，壓合壓料設置困難，容易引起角部塌角和角部坑質量問題，建議改為圖3（b）所示的直角或者鈍角。

圖3 某車型后蓋造型

2.5 考慮車身焊接可達性

如后蓋燈口、側圍尾燈口處預留出足夠的焊接空間。如下圖4某車型側圍后尾燈造型所示，側圍后尾燈端部過窄、夾角小且延伸尺寸較大，由于空間限制很難實現點焊，建議更改為冷金屬過度焊或者更改造型。

圖4 某車型側圍后尾燈造型

2.6 結構穩定性

如圖5某車型翼子板與A柱搭接區域造型，翼子板與A柱匹配區域為搭接結構，翼子板與側圍大面積無連接，有翹邊風險，建議更改此處造型。

圖5 某車型翼子板與A柱搭接區域造型

2.7 基因問題規避

由于造型設計帶來的質量問題，必須在造型階段提出。如圖6(a)所示，某車型投產后出現過大天窗頂蓋坑的問題，此問題難以通過工藝解決，在新車型造型階段就要提出，建議增加加強筋規避此問題，如圖6（b）所示。

圖6 某車型頂蓋坑質量問題

車身主斷面設計是汽車車身設計中的重要環節，它貫穿于整個汽車車身設計開發過程中。從車身油泥模型制作開始到車身結構設計完成的整個過程中，它是車身造型階段工程可行性分析的重要手段與工具，是指導車身結構設計的重要依據。

車身主斷面定義了零件之間的結構斷面形式、搭接關系、可裝配性、涂膠結構、工具可操作性等關系，通過工藝評審可以在結構設計前提前發現并解決一些問題。

焊裝主斷面工藝評審主要從以下方面進行。

3.1 焊接搭接邊長度

焊接搭接邊長度是主斷面評審的一項重要內容，一般要求焊接邊≥12 mm，如圖7所示某車型B柱主斷面結構，焊接邊只有10 mm，存在焊接質量不良的問題，要求將焊接邊加大到12 mm以上。

圖7 某車型B柱主斷面結構問題

3.2 零件間干涉性檢查

通過斷面評審發現數據上存在的干涉點。如圖8所示，某車型加油口座下部與側圍外板搭接處在上件過程中存在干涉點，需要消除干涉。

圖8 某車型加油口座下部與側圍外板搭接處干涉問題

3.3 結構強度評審

主要評審安裝裝配中產品的結構強度、穩定性等質量問題。如圖9所示某車型后保險杠下固定支架結構過長，強度不足易變形，影響安裝質量，建議減短后保險杠固定支架結構，增加強度。

圖9 某車型后保險杠下固定支架

3.4 包邊尺寸

壓合包邊是主斷面評審中重要部分，主要評審包邊長度和內外板間隙，包邊太短影響包邊效果，內外板間隙太小，則存在干涉風險。如圖10（a）所示，前門外板與加強板搭接面為3.3 mm，影響包邊效果。建議參照圖10（b）所示壓合包邊評審標準修改搭接面為5～8 mm。

圖10 壓合包邊問題及評審標準

3.5 裝配操作性

裝配操作性評審是對人工操作可行性和便利性進行評審。如圖11某車型后門安裝鉸鏈時為2個相反方向作業，操作不便，要求改為車身外部安裝螺栓。

圖11 某車型后門安裝鉸鏈操作問題

在產品造型設計后的車身結構設計階段，設計師會發放白車身結構數據，包括車身數據、焊點數據、涂膠數據、加工基準、BOM等信息。從首版結構數據發放到數據凍結前，工藝部門會根據不同版數據持續提出工藝評審，評審主要是針對產品裝配性、焊接工藝性、加工基準合理性、夾具可實現性、借用件、涂膠、生產線的通過性、節拍合理性等方面，提高產品制造過程中的質量，降低投資，規避停臺風險。

4.1 裝配可行性

a.零件層級結構分析，層級結構決定了工藝，要求各分總成裝配順序與原有工藝一致，且結構簡化。如圖12（a）中，某車型設計時側圍內板A柱、C柱在B柱處搭接，且涂膠在不同件上，需二次涂膠，建議如圖12（b）所示將C柱與B柱不搭接。

b.零件裝配干涉檢查，分動態和靜態檢查。靜態干涉檢查包括零件搭接R角，非焊接面的間隙。動態檢查即模擬實際裝配過程，保證零件無干涉。如圖13所示在裝配側圍C柱總成過程中與側圍外板干涉，使外板變形或者裝配不到位，建議將干涉部位切除。

圖12 某車型B柱搭接結構

圖13 某車型裝配過程中干涉問題

c.防錯檢查分析，主要關注結構對稱或者相似的零件，防錯方法主要是在零件上使用數字、字母、箭頭或開孔進行標識防錯。如圖14所示，某車型頂蓋行李箱支架為非對稱件，螺柱左右兩側差異較小，容易裝反，建議增加工藝缺口進行防錯。

d.工具操作性分析，應盡可能與現有生產線的通用裝配工具共用，保證操作空間足夠，降低操作難度。

圖14 某車型頂蓋行李箱支架防錯裝問題

4.2 焊接工藝性

a.焊裝工藝主要有點焊、凸焊、螺柱焊、CO2焊、MIG（熔化極氣體保護電弧焊）焊、CMT（冷金屬過渡焊）、激光焊等工藝，要分析是否有超出已有焊接工藝范圍的工藝。

b.焊接工藝的選擇，考慮特殊部位選擇不同的焊接工藝對零件質量的影響，如圖15所示,某車型后背門尾燈處設計為CO2焊工藝，由于后門外板為薄板，CO2焊熱量大，外表面容易變形，建議改為點焊，消除質量隱患。

圖15 某車型后背門尾燈處工藝問題

c.焊接可達性，即考慮零件結構、尺寸、形狀與預估的夾具結構、焊鉗是否存在干涉、障礙、刮碰，能否順利實現焊接。重點關注狹小空間、形狀復雜零件。通過評審確保工藝性良好，保證點焊、凸焊、螺柱焊、弧焊等焊接操作的順利進行。

如圖16所示，某車型螺柱焊時螺柱周圍空間不足，為保證定位精度，螺柱焊時焊槍需使用焊接樣板，一般為圓形襯套導向，直徑50 mm左右，因此焊接部位需要保證足夠的焊接空間。

圖16 某車型螺柱焊工藝問題

4.3 加工基準的合理性評審

加工基準評審主要目的是簡化夾具結構，降低制造成本，提高操作便利性。如圖17所示，某車型側圍內板基準孔所在平面角度的存在，使得定位機構需要傾斜設計，連接機構復雜，評審后取消凸臺，使定位面與X面平行，簡化了結構，優化了焊接空間。

圖17 某車型側圍內板基準孔問題

4.4 夾具的可實現性

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