白車身焊點優(yōu)化路徑淺析

薛清君 趙紅建 張會巖

摘要：白車身零件之間的連接主要通過點焊實現，焊點數量直接影響到焊裝生產線體的工藝流程、生產節(jié)拍、平面布置、工裝設備清單及人員定額等工藝設計規(guī)劃工作。焊點優(yōu)化是一種重要的產品和制造降本方式，歸納出相應的焊點優(yōu)化方法，并進行分類介紹。

關鍵詞：白車身；同步工程；焊裝工藝；焊點優(yōu)化；焊點數量；降低成本；方法

焊裝工藝專業(yè)開展的焊裝同步工程（SE）活動不僅提出制造可行性問題，對于產品結構的優(yōu)化和降低工藝成本的需求，也應在工程數據開發(fā)階段及時提出。目前白車身上應用較典型的連接工藝是點焊連接，其焊點數量的多少與生產線體成本的高低有直接的關系，焊點越多導致工序、工裝、設備、人員及焊接能耗等成本越高。但焊點數量并不是越少越好，焊點的設計與車身屬性等要求息息相關，故車身上焊點應當合理分布，針對不同的連接位置制定不同的優(yōu)化方法，以降低生產線體工藝開發(fā)的投入成本。

焊點間距

焊點間距越小，焊點越密集，焊點數量就會越多。對于不同連接部位的焊點，可提出不同的焊點間距優(yōu)化需求。

1.一般焊點間距要求

一般情況下，車身坐標X方向上焊點間距SX建議為40mm，車身坐標Y方向上焊點間距SY建議為60mm，如圖1所示。

2.最小焊點間距要求

考慮焊點熱影響區(qū)、焊接分流、位置公差等因素，焊點間距需設定最小要求，如圖2所示。對于零件的抗拉強度均＜600MPa的搭接組合，最小間距s≥25mm；搭接組合若包含有抗拉強度＞600MPa的零件，推薦間距s≥40mm。

3.特殊區(qū)域焊點間距

針對焊點優(yōu)化的位置，若存在車身屬性如剛度、安全、NVH及耐久屬性等需求，應聯合相關屬性專業(yè)進行評估驗證，在性能的敏感區(qū)和非敏感區(qū)位置合理優(yōu)化焊點數量，保證關鍵焊點?？稍谛阅軡M足情況下，盡量增大焊點間距。如圖3所示，門蓋區(qū)域、頂蓋區(qū)域焊點的間距s可以調整為80mm。

4. 定位焊點合理分布

定位焊點是在滿足生產節(jié)拍前提下，使零件在工裝定位狀態(tài)下通過一定數量的點焊，并在點焊后能夠形成穩(wěn)定的產品結構總成的焊點集合。定位焊點并不是越多越好，過多的焊點會導致該工序生產工時超出節(jié)拍要求，甚至增加工序及工裝設備，故應基于零件結構、焊接節(jié)拍、工藝路線及定位點等因素來合理確定。

定位焊點布置時也要考慮板件整體尺寸，盡可能分布均勻；每個零件通常至少需要有兩個定位焊點；定位焊點的選取可依據定位焊點標準，以便統(tǒng)一，避免不必要的成本浪費，如圖4所示。

結構優(yōu)化

汽車白車身通常由幾百個零件通過點焊工藝連接而成，零件數量的多少也關乎著焊點數量的數量。零件數量增多的同時，各零件之間連接的搭接邊長度也會相應增加，從而導致焊點數量的增加。

此外，通過零件搭接分縫位置調整、焊接面積減少、焊點板材組合修改等優(yōu)化方法，也可以優(yōu)化焊點。

1.零件合并

將不同零件合并為一個零件，減少原有零件的搭接邊，可以有效減少焊點數量和零件數量。如圖5所示，門環(huán)加強板總成修改一體式門環(huán)結構后，會使左右側車身共減少了120個焊點。如圖6所示，A柱上邊梁內板合并會使左右側車身共減少8個焊點。

2.零件取消

在滿足產品屬性的條件下，某些零件通過優(yōu)化產品結構可以取消，從而減少焊點數量。如圖7所示，小支架的安裝功能屬性通過結構優(yōu)化在其他零件上實現，取消此支架后使車身減少4個焊點。

3.零件搭接分縫位置優(yōu)化

搭接分縫指的是零件之間的搭接邊，在搭接邊上存在多個焊點，不同零件之間的搭接位置，對于焊點的分布有著直接影響。如兩個不同位置搭接邊合并為一個搭接邊，使產品在實現功能的前提下達到焊點減少和工序減少的目的。如圖8所示，側圍搭接分縫修改后，會使左右側車身共減少了108個焊點，且減少4個總成工序。

4.焊接搭接面積優(yōu)化

焊接邊寬度基于電極尺寸和產品邊界限制來確定，在滿足連接功能和屬性的情況下，焊接搭接面積應當減少，保證焊接寬度即可。過多的焊接搭接面積，需要增加焊點避免異響情況的發(fā)生，同時建議避免出現雙排焊點，單排焊點搭接寬度建議如圖9所示。

5.焊點板材組合修改

焊點板材組合的修改可以用于減少焊接工序數量，焊接總成上的二層焊點修改為三層焊點后，使關聯的零件可以在同一工序完成裝配，雖然焊點數量沒有變化，但避免了因增加工序而提高的生產成本。如圖10所示，后圍板鎖安裝螺母板與其他零件為二層焊連接，優(yōu)化為與其他零件直接三層焊連接后，實現了同一工序一次性裝配零件。

工藝方法

當新產品投入現有生產線時可以充分考慮利用已有的其他連接工藝來代替點焊工藝，既提高了現有工藝方法的使用效率，也降低了焊點數量和線體工裝設備的投入。

1.激光焊代替點焊

如果線體已有激光焊工序，在生產節(jié)拍滿足的情況下，也可以在該工序將部分焊點調整為激光焊接，提高激光焊設備利用率，避免再增加點焊工序、機器人以及焊接設備。如圖11所示，原天幕配置車身的前后頂橫梁連接方式為點焊，利用現有激光焊工藝代替點焊連接后，在前后頂橫梁位置共減少了36個焊點。

2.包邊代替點焊

使用包邊工藝代替部分點焊連接，尤其在規(guī)劃高節(jié)拍線體時，可以減少工序和焊接設備的投入。如圖12所示，點焊連接為包邊后，使背門總成減少了10個焊點。

3.焊接螺柱代替支架

線束或者電器模塊的安裝點在滿足力矩前提下，車身上提供焊接螺柱進行安裝，將鈑金支架的點焊工藝修改為螺柱焊工藝，可以減少支架數量和連接焊點數量。如圖13所示，5個支架修改為螺柱后，使車身共減少了10個焊點。

4.安裝功能點代替點焊

車身上存在的安裝功能點，在螺接后的最終連接狀態(tài)可代替焊點連接。如圖14所示，門鎖體安裝面上存在螺接，使各車門總成共優(yōu)化減少了8個焊點。

5.結構膠代替點焊

在現場具備涂膠工藝能力前提下，針對產品屬性提升要求，除了追加焊點方式，亦可考慮采取增加結構膠，避免焊點布置過密的情況。

結語

在白車身產品數據凍結之前，結合現有工藝和制造水平，合理提出焊點優(yōu)化的方案，可以減少線體工裝設備甚至人工的投入。焊裝專業(yè)在保證產品可制造的同時，也要提出產品低成本制造的方案，與研發(fā)設計部門反復交流，到達產品功能、性能、制造質量、制造成本的最優(yōu)化，實現降本收益。

焊點優(yōu)化的方法也可以被借鑒于其他連接工藝，如涂膠、弧焊、螺柱焊、SPR、FDS及螺接等，并結合不同類型連接工藝的特點和成本，提出合理的產品結構調整或替代方法。

參考文獻：

[1] 李仲奎，徐澤彬，呂祝星.基于低成本的轎車車身結構設計與研究[J].汽車文摘，2020（9）：50-54.

[2] 蔣志剛.淺析白車身點焊工藝及質量控制方法[J].時代汽車，2021（8）：138-139.

[3] 李樹林.淺談白車身降成本思路及方法[J].汽車工業(yè)研究，2016（8）：34-36.

[4] 李振.汽車車身制造工藝基礎[M].機械工業(yè)出版社，2020.