白車身尾燈安裝板與側(cè)圍外板連接方式分析

劉美娜 鄭明 張錦良 李釗文

（廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院）

隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，人們對(duì)于汽車外造型和車身性能等要求越來(lái)越高，因此給車身設(shè)計(jì)與制造帶來(lái)越來(lái)越大的挑戰(zhàn)。目前，白車身尾燈朝著一體化、輕型化及美觀化方向發(fā)展，其外造型趨勢(shì)逐漸向Z向狹小、X向細(xì)長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式發(fā)展[1]。這種外造型設(shè)計(jì)對(duì)尾燈安裝板處的鈑金結(jié)構(gòu)造成很大約束，與此同時(shí)，尾燈內(nèi)部所布置的燈具結(jié)構(gòu)也會(huì)限制尾燈安裝板外的鈑金結(jié)構(gòu)。因此在滿足上述2種約束的前提下，要實(shí)現(xiàn)尾燈安裝板與側(cè)圍外板之間的可靠連接，就對(duì)連接方式的可行性提出了更高的要求。目前各大主機(jī)廠一直在探究更可行的方法。文章在介紹了5種連接方式及特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了電阻點(diǎn)焊的設(shè)計(jì)解決方案及工程解決方案，為尾燈安裝板與側(cè)圍外板的連接設(shè)計(jì)提供了參考。

1 尾燈安裝板與側(cè)圍外板主要連接方式

1.1 CO2氣體保護(hù)焊

CO2氣體保護(hù)焊具有操作靈活、簡(jiǎn)單、成本低及對(duì)油污和銹跡的敏感性差等特點(diǎn)，而被國(guó)內(nèi)各汽車公司廣泛應(yīng)用，也有一些主機(jī)廠用其進(jìn)行尾燈安裝板與側(cè)圍外板的連接，如圖1所示。雖然CO2氣體保護(hù)焊在技術(shù)和設(shè)備方面已日趨完善，但焊縫成形粗糙且飛濺較大，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量，進(jìn)而影響尾燈裝配精度，而且易產(chǎn)生焊渣，污染環(huán)境且焊接后需要打磨，工序繁瑣，增加生產(chǎn)節(jié)拍。所以CO2氣體保護(hù)焊并不是焊接尾燈安裝板與側(cè)圍外板最好的連接方式。隨著汽車產(chǎn)品向更輕、更安全、低成本及高性能方向的發(fā)展，也需要CO2焊接技術(shù)向精量化焊接制造的方向發(fā)展，才能進(jìn)一步推動(dòng)其在汽車中的應(yīng)用，更好服務(wù)于未來(lái)汽車行業(yè)[2]。

圖1 白車身尾燈安裝板與側(cè)圍外板的CO2氣體保護(hù)焊縫示意圖

1.2 CMT技術(shù)

CMT技術(shù)（即冷金屬過(guò)渡焊），是在短路過(guò)渡基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的新技術(shù)，大幅降低了焊接過(guò)程的熱輸入量，沒(méi)有汽化爆斷過(guò)程，對(duì)焊縫無(wú)壓力沖擊，不易出現(xiàn)焊接燒穿現(xiàn)象，消除了飛濺產(chǎn)生的因素，可精確控制輸入量，具有高重復(fù)焊接質(zhì)量精度、焊接速度快及間隙容忍性好的特點(diǎn)[3]。圖2示出白車身尾燈安裝板與側(cè)圍外板的CMT焊縫示意圖。由于該設(shè)備成本比普通氣保焊高很多，所以大多主機(jī)廠并沒(méi)有應(yīng)用CMT技術(shù)。

圖2 白車身尾燈安裝板與側(cè)圍外板的CMT焊縫示意圖

1.3 激光焊接

隨著激光技術(shù)的成熟、設(shè)備成本的下降及生產(chǎn)效率的提高，激光焊接在車身制造中被廣泛應(yīng)用，主要用于汽車車門(mén)、前后蓋、頂蓋和側(cè)圍外板及流水槽和側(cè)圍外板等零部件的連接[4]。某車企采用激光焊接實(shí)現(xiàn)尾燈安裝板與側(cè)圍外板的連接，焊后鈑金變形小，焊縫成型美觀，質(zhì)量穩(wěn)定，很好地保證了尾燈安裝板與燈具的安裝精度，并且極大地提高了工作效率。白車身尾燈安裝板與側(cè)圍外板的激光焊接示意圖，如圖3所示。車身設(shè)計(jì)中，減重、降成本及性能提升是最重要的3個(gè)目標(biāo)，然而激光焊接不僅成本高，而且對(duì)于待焊白車身鈑金件之間的裝配精度具有較高要求，因此，在尾燈安裝板與側(cè)圍外板的連接中并沒(méi)有得到特別廣泛的應(yīng)用。

圖3 白車身尾燈安裝板與側(cè)圍外板的激光焊縫示意圖

1.4 結(jié)構(gòu)膠連接

隨著人們對(duì)新型結(jié)構(gòu)膠粘劑的不斷研究開(kāi)發(fā)，結(jié)構(gòu)膠逐漸可以作為連接汽車零部件的主要手段。結(jié)構(gòu)膠具有強(qiáng)度高、能承受較大載荷、耐老化、耐疲勞及耐腐蝕的特點(diǎn)，在預(yù)期壽命內(nèi)性能穩(wěn)定，適用于承受強(qiáng)力的結(jié)構(gòu)件粘接[5]。主要適用于汽車車門(mén)、發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋、后背門(mén)（行李箱蓋）內(nèi)外板以及一些特殊位置的粘接[6]。某些車型采用結(jié)構(gòu)膠實(shí)現(xiàn)尾燈安裝板與側(cè)圍外板連接，取得了不錯(cuò)的效果。然而，由于結(jié)構(gòu)膠成本較高，常溫固化時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)溫度和濕度較為敏感，并且耐久性較差，因此，并沒(méi)有被其他主機(jī)廠廣泛地應(yīng)用在白車身尾燈安裝板與側(cè)圍外板的連接。

1.5 電阻點(diǎn)焊

電阻點(diǎn)焊是白車身最主要的連接方式，由于具有成本低、連接強(qiáng)度高及操作性好等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用最為廣泛。目前，國(guó)內(nèi)外主機(jī)廠大多采用電阻點(diǎn)焊實(shí)現(xiàn)尾燈安裝板與側(cè)圍外板的連接。但是，由于電阻點(diǎn)焊需要一定的焊接空間及進(jìn)出尾燈通道才能實(shí)現(xiàn)焊鉗可達(dá)，因此對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有較高的要求。

2 電阻點(diǎn)焊連接方式設(shè)計(jì)方案與應(yīng)用

2.1 設(shè)計(jì)解決方案

白車身尾燈處的狹長(zhǎng)結(jié)構(gòu)造型趨勢(shì)使得白車身尾燈安裝板與側(cè)圍外板連接時(shí)受到很大的空間約束。采用電阻點(diǎn)焊進(jìn)行連接時(shí)，焊點(diǎn)可以布置在車身X，Y，Z方向上或者與某一坐標(biāo)帶有一定角度的方向上?？紤]到白車身尾燈安裝板與側(cè)圍外板連接處的焊鉗操作性和可達(dá)性，最理想情況是將此處鈑金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為X向或Y向搭接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)X向或Y向焊接，圖4示出某車型白車身尾燈安裝板與側(cè)圍外板的Y向焊點(diǎn)剖面圖，焊鉗可達(dá)。然而車身A面受沖壓成型以及白車身尾燈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求的影響，很難將搭接面設(shè)計(jì)成X向或者Y向。因此，在整車開(kāi)發(fā)過(guò)程中，建議在概念設(shè)計(jì)階段采用4種方式設(shè)計(jì)。

圖4 某車型白車身尾燈安裝板與側(cè)圍外板的Y向焊點(diǎn)剖面圖

1）圖5示出白車身尾燈處造型分縫線位置圖。如圖5所示，將造型分縫線1盡可能前移，使得尾燈安裝板與側(cè)圍外板的搭接結(jié)構(gòu)和焊接位置被后背門(mén)和后保險(xiǎn)杠遮擋。其中分縫線1為側(cè)圍外板與后背門(mén)或行李箱蓋分縫線；分縫線2為側(cè)圍外板與后保險(xiǎn)杠分縫線。由于白車身焊接完成后才進(jìn)行后背門(mén)和后保險(xiǎn)杠的裝配，因此這種設(shè)計(jì)使得造型A面對(duì)優(yōu)異的鈑金搭接方式的限制降低，更利于實(shí)現(xiàn)X向或者Y向電阻點(diǎn)焊，圖6示出白車身尾燈處鈑金結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5 白車身尾燈處造型分縫線位置圖

圖6 白車身尾燈處鈑金結(jié)構(gòu)示意圖

2）將尾燈設(shè)計(jì)為相對(duì)側(cè)圍外板、后背門(mén)外板和后保險(xiǎn)杠盡可能向外凸出。這種情況下布置燈具所需空間小，鈑金件成型深度淺，可以實(shí)現(xiàn)尾燈安裝板與側(cè)圍外板一體成型，避免進(jìn)行焊點(diǎn)布置。

3）LED燈帶X向靠后，Z向居中，尾燈前面Z向高度狹窄處布置反光片，有利于尾燈Z向狹窄區(qū)域與側(cè)圍外板一體式?jīng)_壓成型，如圖7所示。燈具前段安裝點(diǎn)為卡扣安裝，從根本上減少尾燈安裝板與側(cè)圍外板的焊點(diǎn)，其余焊點(diǎn)可設(shè)置在Y向上。

圖7 白車身尾燈狹窄處反光片位置圖

圖8示出白車身尾燈前段狹窄處剖面位置圖。

圖8 白車身尾燈前段狹窄處剖面位置圖

經(jīng)過(guò)對(duì)多款車型研究，將尾燈Z向狹窄區(qū)域與側(cè)圍外板設(shè)計(jì)為一體式?jīng)_壓成型時(shí)，對(duì)于距離燈具尖角不同位置處的A-A剖面，Z向高度、鈑金凹入深度、燈具厚度及燈具外凸尺寸，應(yīng)滿足表1所示工藝約束要求。

表1 A-A剖面不同位置工藝約束值 mm

為了實(shí)現(xiàn)尾燈后段Y向點(diǎn)焊，尾燈安裝板與側(cè)圍外板搭接處需設(shè)置臺(tái)階，并且滿足Z向高度約28 mm；Y向深度小于30 mm；造型A面W寬度大于10 mm，圖9示出尾燈后段剖面圖。

圖9 白車身尾燈后段剖面圖

4）在白車身尾燈處或在后背門(mén)外板上增加飾板，使得白車身尾燈安裝板與側(cè)圍外板的搭接結(jié)構(gòu)和焊接位置被飾板遮擋。這樣側(cè)圍外板與尾燈安裝板處的結(jié)構(gòu)可以設(shè)置為X向或者Y向搭接，焊點(diǎn)布置在飾板下面。

2.2 工程解決方案

在某些情況下，概念設(shè)計(jì)階段并不能按照以上4種方式進(jìn)行設(shè)計(jì)而只能布置Z向搭接，而普通焊鉗在空間結(jié)構(gòu)上屬于單一平面，進(jìn)行車身正Z向或Z向帶角度條件下的電阻點(diǎn)焊時(shí)，常常出現(xiàn)焊鉗與側(cè)圍外板、流水槽或白車身尾燈安裝板等鈑金件互相干涉，導(dǎo)致焊接性能差，焊接無(wú)法實(shí)現(xiàn)。圖10示出白車身尾燈Z向焊點(diǎn)焊鉗互相干涉圖。

圖10 白車身尾燈Z向焊點(diǎn)焊鉗互相干涉圖

為了實(shí)現(xiàn)Z向焊接，建議采用如下2種方式。

1）焊接尾燈安裝板時(shí)可以設(shè)計(jì)專用異型焊鉗，如圖11所示。能夠?qū)崿F(xiàn)在車身X，Y，Z方向上或者與某一坐標(biāo)帶有一定角度方向上的電阻點(diǎn)焊，尤其針對(duì)普通焊鉗無(wú)法實(shí)現(xiàn)的在車身正Z向或Z向帶角度條件下的電阻點(diǎn)焊。此異型焊鉗通過(guò)選用雙L型的漸變式下握桿、上下握桿、上下電極桿及上下電極帽構(gòu)成的空間立體結(jié)構(gòu)，能夠有效地避開(kāi)周圍零件，使其2個(gè)電極準(zhǔn)確到達(dá)焊接位置，進(jìn)行精確地焊接，充分保證了尾燈安裝板的焊接精度，圖12示出異形焊鉗焊接Z向焊點(diǎn)。此外，也可以實(shí)現(xiàn)多種結(jié)構(gòu)形式尾燈安裝板的焊接，對(duì)于不同車型可通過(guò)設(shè)計(jì)調(diào)整電極桿和握桿的尺寸改變焊鉗的喉深和喉寬，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)狹小空間的焊接。由于焊鉗握桿沒(méi)有對(duì)中，焊接壓力低于普通焊鉗，僅可達(dá)到2～2.5 kN，因此對(duì)于焊接處鈑金材料厚度有一定的要求，一般總料厚不能超過(guò)4 mm，否則無(wú)法保證焊接強(qiáng)度。

圖11 異型焊鉗示意圖

圖12 異形焊鉗焊接Z向焊點(diǎn)示意圖

2）實(shí)現(xiàn)尾燈安裝板與側(cè)圍外板焊接的另一種方式是傀儡焊?？芎甘呛搞Q做到夾具上，通過(guò)電纜和銅板等連接將焊接位置以一對(duì)銅電極板的形式轉(zhuǎn)移到容易達(dá)到的位置，通過(guò)機(jī)器人或者人工用普通焊機(jī)焊槍給這對(duì)銅電極板通電，來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離焊接，通常用于焊接普通焊鉗不能焊接的零件。焊接白車身尾燈座板時(shí)，通過(guò)在夾具的板件下方預(yù)埋傀儡焊鉗，板件上方夾具夾緊塊實(shí)現(xiàn)定位和電流傳導(dǎo)，并通過(guò)絕緣墊片隔離，傀儡焊鉗通過(guò)附纜和銅板引出后可以便利地利用外部焊鉗[7]。但是布置傀儡焊機(jī)構(gòu)需要占用較大的空間，包括額外增加銅板、附纜及傀儡焊鉗，因此從投資成本上考慮，盡量避免使用傀儡焊工藝。

3 結(jié)論

為適應(yīng)白車身尾燈處車身外造型發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)對(duì)白車身尾燈安裝板與側(cè)圍外板連接方式的分析總結(jié)出：1）在車身概念設(shè)計(jì)階段就要采取合適的設(shè)計(jì)方案，盡量布置X向或Y向焊點(diǎn)，優(yōu)先選擇側(cè)圍外板與后背門(mén)或行李箱蓋分縫線前移方案；2）選擇將尾燈設(shè)計(jì)為相對(duì)側(cè)圍外板盡可能向外凸出的方案；3）選擇將LED燈帶X向靠后、Z向居中布置，尾燈前面Z向高度狹窄處布置反光片方案以及在尾燈處或在后背門(mén)外板上增加飾板方案；4）對(duì)于無(wú)法實(shí)現(xiàn)布置X向或Y向焊點(diǎn)，而只能布置Z向焊點(diǎn)的情況，可采用異形焊鉗或者傀儡焊方式進(jìn)行焊接。該分析結(jié)果能為白車身概念設(shè)計(jì)階段的尾燈處車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)建議，并且為實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中遇到的白車身尾燈安裝板與側(cè)圍外板連接困難問(wèn)題提供解決方案。