淺析樣車試制的車身焊接工藝設(shè)計(jì)

張正舉 李福貴 李林桂 張惠立

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007

汽車制造工藝中，主要包含四大工藝：沖壓工藝、焊裝工藝、涂裝工藝、總裝工藝。其中焊裝工藝是指將沖壓好的車身零件，按一定的工藝順序裝配并用夾具定位固定后，采用焊接方法將其焊接合成車身總成。焊裝工藝在汽車制造工藝中占有重要作用，焊裝后的白車身質(zhì)量會(huì)影響到涂裝質(zhì)量、總裝質(zhì)量，進(jìn)而關(guān)系到整車質(zhì)量。在樣車試制過(guò)程中，同樣包含這四大工藝，為節(jié)省樣車試制開(kāi)發(fā)成本，工藝方法有所簡(jiǎn)化，合理的焊裝工藝是保證樣車試制白車身質(zhì)量的前提，這就需要前期進(jìn)行車身焊接工藝設(shè)計(jì)和工裝設(shè)計(jì)，本文主要探討樣車試制中的車身焊接工藝設(shè)計(jì)。

1 產(chǎn)品信息輸入

1、車身數(shù)模。三維軟件設(shè)計(jì)的三維產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，對(duì)某車型進(jìn)行樣車試制時(shí)，需提供該車型的車身的三維數(shù)模，通過(guò)數(shù)?？梢粤私廛嚿淼慕Y(jié)構(gòu)構(gòu)成，便于焊接工藝方案設(shè)計(jì)。一般情況下用UG,Catia,ProE 等三維軟件均能打開(kāi)數(shù)模，并在其中獲取數(shù)據(jù)開(kāi)展相關(guān)工作。

圖1 某車型局部數(shù)模圖片

2、BOM 表。即該車型的造車零件清單，該表包含了白車身的所需00 級(jí)零件號(hào)和零件名稱、產(chǎn)品負(fù)責(zé)PE 工程師、車身配置信息、材料信息等，這些內(nèi)容對(duì)焊接工藝設(shè)計(jì)息息相關(guān)。

3、造車策略。造車策略是針對(duì)某車型某階段造車提出的需求，焊接工藝設(shè)計(jì)需根據(jù)造車需求進(jìn)行開(kāi)展，避免不必要的工藝設(shè)計(jì)浪費(fèi)和工藝設(shè)計(jì)缺損。

4、焊接信息。了解該車型焊接類型，電阻點(diǎn)焊、二保焊、釬焊等，需提前采購(gòu)或準(zhǔn)備對(duì)應(yīng)的焊接設(shè)備，清楚車身焊接的關(guān)鍵控制點(diǎn)。

5、其它。涂膠示意圖、隔斷塊示意圖、螺栓裝配示意圖等對(duì)白車身制造質(zhì)量都起到重要作用。

2 焊接工藝方案設(shè)計(jì)

2.1 BOP 設(shè)計(jì)

BOP 是零件裝焊工序流程圖的縮寫(xiě)，對(duì)整個(gè)焊接工藝設(shè)計(jì)起指導(dǎo)作用。樣車試制中，根據(jù)某車型某階段的產(chǎn)品信息輸入內(nèi)容，設(shè)計(jì)BOP。BOP 一般按前車體工位、下車體工位、側(cè)圍工位、總拼工位、門蓋工位、頂蓋分拼工位、調(diào)整工位等7 個(gè)工位編制。每個(gè)工位的BOP 都應(yīng)包含該工位下線零件或車身總成的零件裝焊順序與流轉(zhuǎn)位置、零件號(hào)和零件名稱、工序等，如圖2 所示。

圖2 某車型下車體BOP

2.2 焊接工藝方案

2.2.1 BOP。工藝方案包含BOP（零件焊裝工序流程圖），便于查看和了解該車型的整體工序，BOP 內(nèi)容如上所述。

2.2.2 工藝布局。根據(jù)造車需求和現(xiàn)有場(chǎng)地設(shè)備進(jìn)行工藝布局。樣車白車身制造一般采用手工線焊接，主要是BOP 羅列的7 個(gè)工位的工藝布局，工藝布局應(yīng)包含如下信息：工位名稱、焊接設(shè)備等，如圖3所示。

圖3 某樣車下車體和總拼工藝布局

2.2.3 焊接工藝方案。根據(jù)車身數(shù)模和焊點(diǎn)數(shù)模在三維軟件里用焊鉗模擬仿真，按BOP 編制出每個(gè)工位焊點(diǎn)焊接時(shí)的先后順序和焊鉗選型。并結(jié)合工裝及焊接要求，確定定位焊點(diǎn)和補(bǔ)焊焊點(diǎn)。為后續(xù)的焊接工藝指導(dǎo)書(shū)編制提供依據(jù)。

2.2.4 焊鉗選型。焊接工藝方案制定后，需進(jìn)行焊鉗選型，確認(rèn)焊點(diǎn)的焊鉗型號(hào)、焊鉗可達(dá)性，根據(jù)產(chǎn)品的形狀及尺寸確定焊鉗的形式（X 形,C 形）及喉深、開(kāi)檔、行程、電極形狀，焊鉗的吊掛形式（橫吊、縱吊、轉(zhuǎn)環(huán)）根據(jù)焊點(diǎn)位置和操作位置確定。焊鉗型號(hào)的確定要在夾具總圖設(shè)計(jì)完成之后，樣車試制中，一般焊接線已有，根據(jù)現(xiàn)有焊鉗布局和工裝定位情況，確認(rèn)焊點(diǎn)的焊鉗型號(hào)和焊接可達(dá)性，如果現(xiàn)有焊鉗布局不滿足的，需考慮重新設(shè)計(jì)焊鉗或更換焊鉗與之匹配。樣車制造中，常用的手工懸掛焊機(jī)示意圖如圖4 所示。

圖4 懸掛焊機(jī)示意圖

3 焊接工藝指導(dǎo)書(shū)編制

焊接工藝指導(dǎo)書(shū)是直接指導(dǎo)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝配焊接的工藝，根據(jù)工藝方案進(jìn)行編制。焊接工藝指導(dǎo)書(shū)包含以下信息：

1、焊裝工藝流程圖。指導(dǎo)工人熟悉整個(gè)工藝流程及相應(yīng)零件信息。

2、打碼工藝。指導(dǎo)操作人員按要求進(jìn)行打碼。

3、涂膠工藝。指導(dǎo)操作人員按零件裝焊順序?qū)τ行枰M(jìn)行涂膠的位置涂膠，并按涂膠要求進(jìn)行涂膠。

4、隔斷塊工藝。指導(dǎo)操作人員按零件裝焊順序?qū)τ行枰魯鄩K的位置進(jìn)行安裝。

5、螺栓連接工藝。指導(dǎo)操作人員按零件裝焊順序?qū)τ行枰菟ɑ蜚T釘?shù)奈恢眠M(jìn)行安裝。

6、焊點(diǎn)工藝。指導(dǎo)操作人員按零件裝焊順序進(jìn)行焊接。車身主要是通過(guò)電阻點(diǎn)焊焊接固定，按照焊接的先后順序，需要標(biāo)出焊點(diǎn)編號(hào)、焊接零件編號(hào)、焊鉗型號(hào)、焊接順序、焊接參數(shù)、是否關(guān)鍵焊點(diǎn)等信息，如圖4 所示。

7、其它焊接工藝。個(gè)別裝配位置需要使用二保焊和釬焊等焊接工藝時(shí)，指導(dǎo)操作人員按對(duì)應(yīng)的焊接工藝要求和設(shè)備進(jìn)行焊接。

圖5 某車型零件焊點(diǎn)工藝示意圖

8、焊接參數(shù)。電阻點(diǎn)焊的焊接參數(shù)主要考慮電流、壓力、焊接時(shí)間等，根據(jù)每個(gè)焊點(diǎn)搭接的板材材質(zhì)、厚度、層數(shù)等確定該點(diǎn)的焊接參數(shù)。具體要根據(jù)實(shí)際焊接質(zhì)量效果進(jìn)行更改驗(yàn)證。

4 車身制造質(zhì)量控制

樣車試制的白車身焊接質(zhì)量，主要包含車身零件質(zhì)量、車身裝配質(zhì)量、焊接質(zhì)量等。在編制焊接工藝時(shí)，也需要準(zhǔn)備質(zhì)量檢查和控制表，以便現(xiàn)場(chǎng)造車質(zhì)量控制和解決。車身焊接質(zhì)量控制主要包含以下內(nèi)容：

1、零件質(zhì)量檢查。使用正確的和質(zhì)量合格的零件來(lái)用于焊接。制定相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)操作人員進(jìn)行零件質(zhì)量檢查。

2、車身裝配質(zhì)量。車身裝配質(zhì)量受零件質(zhì)量、工裝定位方案、工藝方案等因素影響，合理的工藝方案可以指導(dǎo)工裝設(shè)計(jì)，提升車身裝配質(zhì)量。

3、焊點(diǎn)質(zhì)量控制。焊點(diǎn)控制方法主要有：焊接參數(shù)控制、零件匹配質(zhì)量控制、人員操作培訓(xùn)等，合適的焊接參數(shù)是保證焊點(diǎn)質(zhì)量的基礎(chǔ)，零件匹配尺寸差和人員操作不當(dāng)，都會(huì)影響焊點(diǎn)焊接質(zhì)量。焊點(diǎn)檢測(cè)方法主要有：破壞性檢測(cè)、非破壞性檢測(cè)、無(wú)損檢測(cè)。常用非破壞性檢測(cè)方法和超聲波無(wú)損檢測(cè)分析儀檢查焊點(diǎn)質(zhì)量。

圖6 超聲波檢測(cè)儀檢測(cè)焊點(diǎn)質(zhì)量

4.白車身三坐標(biāo)檢測(cè)。應(yīng)用三坐標(biāo)檢測(cè)設(shè)備對(duì)白車身進(jìn)行形位公差的檢驗(yàn)與測(cè)量，白車身的尺寸精度是是保證整車零部件裝配精度的基礎(chǔ)，白車身焊接精度關(guān)系著整車裝配的匹配性、整車的安全性，所以有效的控制、提高白車身的焊接精度，是整車質(zhì)量的重要保證，也是產(chǎn)品能否具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要基礎(chǔ)之一。對(duì)于白車身，常見(jiàn)的測(cè)量元素主要包括曲面點(diǎn)、邊界點(diǎn)、包邊點(diǎn)、長(zhǎng)圓槽、圓孔、方孔、長(zhǎng)方孔、六邊形孔、直線、平面等，通過(guò)構(gòu)建這些元素，最終體現(xiàn)為白車身間隙面差的測(cè)量。

圖7 雙懸臂&橋式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)

5 車身常用焊接方法

樣車試制的白車身焊接過(guò)程中，常使用以下幾種焊接方法。

5.1 電阻點(diǎn)焊

電阻點(diǎn)焊原理是兩個(gè)焊件壓緊在兩個(gè)電極間通入較大電流，運(yùn)用電阻熱把焊接區(qū)域加熱，直至加熱到可以達(dá)到預(yù)計(jì)尺寸的熔化點(diǎn)，再切斷電源，熔化中心受壓力影響冷卻后會(huì)變成焊點(diǎn)。汽車車身焊接中應(yīng)用最廣的是電阻點(diǎn)焊，每個(gè)車型一般有幾千個(gè)焊點(diǎn)。

5.2 二保焊

二保焊既CO氣體保護(hù)焊。它是用CO作為保護(hù)氣體，通過(guò)連續(xù)等速送進(jìn)可熔化的焊絲與被焊工件之間的電弧作為熱源來(lái)熔化焊絲和母材金屬，形成熔池和焊縫的焊接方法。主要用于車身部分點(diǎn)焊不容易焊接的位置和需要額外加強(qiáng)的部位。

5.3 釬焊

釬焊是采用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料作為釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料的熔點(diǎn)，低于母材熔化溫度，利用液態(tài)釬料潤(rùn)濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)的連接方法。主要用在車身外觀質(zhì)量要求和密封要求高的部位，先釬焊然后再打磨。