白車身氣密性提升的應用

梁翠 謝崇謠 易嬌 張揚 牛毅峰 張海峰

（上汽通用五菱汽車股份有限公司重慶分公司）

隨著汽車設計制造水平的顯著提升，顧客對車輛感知性能的要求也越來越高，氣密性作為整車舒適性的一項重要指標，對汽車車內噪聲、汽車熱性能、燃油經濟性等產生重大影響[1]。大多數汽車公司在項目開發前期采用仿真軟件，模擬氣密性煙霧試驗[2-3]，快速排查白車身上所有的泄漏路徑，然后對產生泄漏的原因進行分類：鈑金結構設計、隔斷塊安裝位置、涂膠方式等，并制定優化措施，降低后期整改導致的研發費用和縮短研發周期。在實際制造過程中，由于生產工序復雜，影響因素多變，導致實際氣密性與設計開發期相比差距較大。因此，文章從制造過程探討工裝設備、鈑金搭接質量、涂膠工藝、零件質量、裝配質量等因素對氣密性的影響和提升措施，為汽車制造提供實踐經驗。

1 氣密性試驗原理

氣密性試驗是在密封的車身內充氣，使車身壓力逐漸增加到0.1，0.2，0.3，0.4，0.5 inWC（0.5 inWC=124.4 Pa），記錄對應的氣流量，即泄漏量V1，V2，V3，V4，V5in3/min（1 in3/min=9.8×10-4m3/h），將測量的數據繪制成壓力-氣流圖，進行2 種或者2 種以上車輛氣密性對標分析。

汽車車身密封性試驗一般包含白車身氣密性和整車氣密性2 個階段的測試[4]。單臺車氣密性測試一般在密封好的白車身內加壓至0.5 inWC，測試設備顯示的氣體流量符合VTS（整車技術規范）中的規定值，如果0.5 inWC 對應的泄漏量大于目標值，即為不合格，否則為合格。氣密性測試儀主機控制面板，如圖1 所示。

圖1 氣密性測試儀主機控制面板

1.1 白車身氣密性試驗

白車身氣密性是評定白車身涂膠、焊縫、隔斷塊、密封填料等零部件在搭接區域密封效果的試驗，能判斷出白車身主要泄漏點和泄漏量，并在實際工作中做出質量改進。

進行白車身氣密性試驗時，選用一臺經過涂裝工藝加工的白車身，使用專用密封膠帶密封白車身與外部相通的所有孔，將設備通風管、壓力平衡棒、煙霧發生器放置在車身內部，形成密封空間，啟動煙霧發生器放煙霧，再調節氣密性檢測設備，使車內壓力達到0.5 inWC，觀察所有冒煙嚴重區域，并記錄泄漏量[5-6]，如圖2 所示。

圖2 白車身氣密性試驗

1.2 整車氣密性試驗

整車氣密性測試是選用總裝成品車，在靜止狀態下關閉全車門窗，在門窗上連接氣密性測試儀，開啟空調內外循環，車身內外氣壓差值即為整車泄漏量。除了白車身氣密性外，門蓋配合、總裝密封堵塞裝配、管路/通風道密封裝配膠塞等都將影響整車氣密性。

2 影響白車身氣密性原因分析

對某車型2—5 月份白車身氣密性進行統計發現：白車身氣密性平均泄露量為79 in3/min，最大泄露量達到81.2 in3/min，與同行業其他車型的60 in3/min 相比，還具有相當大的差距。圖3 示出該車型白車身氣密性數據統計。

圖3 某車型白車身氣密性數據統計

在白車身氣密性試驗過程中，通過封堵冒煙嚴重區域，重復測量車身氣密性泄漏量發現，左右裙邊和左右輪罩與側圍搭接處漏氣量占總漏氣量的84.92%。對影響白車身氣密性的原因逐一排查發現，員工未實現標準化操作、隔斷塊發泡率不合格、設計不滿足實際需求、設計間隙偏大、輪罩間隙偏大、左右側圍Y 向存在偏差、設計本身存在離空等，都將影響最終的漏氣量。圖4 示出白車身各區域泄漏量分布。

圖4 白車身各區域泄漏量分布

3 提升白車身氣密性措施驗證

3.1 隔斷塊驗證

在白車身制造過程中，隔斷塊、密封填料、涂膠等廣泛用于汽車A/B/C 柱封堵空間，如圖5 所示。隔斷塊的設計和發泡材料的發泡率將嚴重影響白車身氣密性。

圖5 汽車A/B/C 柱隔斷塊零件

3.1.1 隔斷塊膨脹率試驗

對某車型A/B/C 柱隔斷塊進行膨脹試驗。在試驗前將測試樣品在（23±2）℃，相對濕度（50±5）%下存放24 h。通過計算烘烤前和烘烤后隔斷塊的體積比值得到體積膨脹率。隔斷塊的烘烤條件為：電熱恒溫干燥箱溫度為165 ℃，烘烤30 min，在常溫下冷卻1 h 以上，根據排水法原理測量烘烤后隔斷塊發泡層在水中的質量。標準測量條件下隔斷塊膨脹率≥900%。

對A/B/C 柱隔斷塊分別取3 個樣品進行試驗得到其膨脹率平均值為1 497%，滿足標準要求膨脹率≥900%的條件，隔斷塊膨脹率，如表1 所示。在實際裝配和烘烤過程中隔斷塊的膨脹率不會對白車身氣密性試驗造成泄漏。

表1 某車型A/B/C 柱隔斷塊膨脹試驗膨脹率結果%

3.1.2 隔斷塊零件設計

隔斷塊上發泡材料的膨脹率符合要求，但是隔斷塊本身的設計以及隔斷塊膨化均勻程度也將影響最終的密封效果。采用內窺鏡查看經過涂裝烘烤前后的A柱隔斷塊的附著狀態，如圖6 所示。圖6 b 中切邊①處只有1 個孔位，發泡材料附著力較差，受熱膨脹后脫離骨架下垂，形成孔洞；而圖6 b 中切邊②處設計孔位密集，發泡材料附著力較大，未脫離骨架。

圖6 汽車A 柱隔斷塊狀態圖

為了增加切邊①發泡材料的附著力，可以采用改變發泡材料的配方，調整樹脂、EVA、三元乙丙等配比，隔斷塊切邊①處設計孔位，涂膠封堵多種方式增加韌性和黏性，使發泡材料在發泡過程中抗干擾能力更強，與鈑金貼合更緊密。其中，采用涂膠封堵隔斷塊產生的孔洞方法簡單，容易驗證。在裝配A 柱隔斷塊時，在加強筋上端38～40 mm 處，涂直徑6～8 mm，長度約180 mm 的點焊密封膠，形狀為U 型，如圖7 所示。對涂膠后的車輛進行氣密性驗證發現，A 柱鈑金與隔斷塊之間基本沒有間隙，氣密性試驗泄漏量基本穩定在0～1 in3/min。

圖7 汽車A 柱隔斷塊裝配圖

3.2 隔斷塊型面與鈑金設計間隙

加強板與外板之間，與底盤、側圍等連接點處，通常需要進行復雜的鈑金配合與結構設計。白車身裝配過程通過車身上的主定位孔保證總成件在各個工序/工藝段中尺寸的穩定性，所有鈑金搭接處應保證無間隙，無氣體泄漏。因此，在零件搭接關鍵位置采用密封膠條、隔斷塊、涂膠等措施保證白車身的密封性，降低氣體泄漏量。鈑金型面設計、零部件質量、工裝拼臺的穩定性、員工標準化操作等因素都有可能影響鈑金焊接面的匹配情況。A/B/C 柱隔斷塊設計間隙及正常膨脹后寬度，如表2 所示。

表2 隔斷塊膨脹試驗膨脹寬度結果mm

從數模圖上測量B 柱隔斷塊與鈑金之間的設計間隙為22 mm，隔斷塊正常膨脹后寬度為15.6 mm，設計間隙大于隔斷塊正常膨脹后的寬度，正常烘烤后發泡材料膨脹不均勻不能完全填充間隙，嚴重影響白車身氣密性，如圖8 所示。

圖8 汽車B 柱隔斷塊與鈑金設計數模圖

圖9 汽車B 柱隔斷塊裝配圖

因B 柱隔斷塊與鈑金間隙過大，可將B 柱隔斷塊①處上移約20 mm，下邊緣與鈑金棱線齊平，上端與門框棱線相切，并在②處新增直徑12～16 mm 的點焊密封膠，如圖9b 所示。對涂膠后的汽車采用相機查看，間隙基本為0，完全密封住孔隙，氣密性泄漏量基本穩定在2～4 in3/min。

3.3 鈑金裝配設計

在結構設計過程中，為了滿足造型和加工制造要求，防止零件間相互干涉等，鈑金結構需要采用開口設計，邊角處一般設定為圓角。查看零件數模圖發現，鈑金與鈑金搭配過程中會出現搭接孔洞，如圖10 所示。

圖10 汽車鈑金搭接孔洞

在對鈑金之間存在的縫隙進行涂膠時，需要根據搭接的實際狀況考慮圓角過渡、翻邊處理、搭接漏涂、涂膠連續性問題等，有針對性地進行涂膠。

3.4 其他影響因素

對焊接完成的輪罩總成件上檢具，測量總成件與檢具之間的間隙值，以判定總成件關鍵型面間隙是否符合（5±0.75）mm 的標準，如圖11 所示。

圖11 輪罩總成上檢具示意圖

同時，對裝配完成的白車身進行CMM 測量（三坐標尺寸測量），可以判定工裝拼臺的穩定性。

通過隔斷塊質量改進、白車身零件搭接處涂膠優化、零件質量控制等措施，將開口處封堵形成完整密封斷面，降低白車身內外泄露，使白車身氣密性降低44～50 in3/min。

4 結論

通過氣密性試驗對影響車身泄漏量的因素逐一進行分析，可以得出：

1）調整樹脂、EVA、三元乙丙等發泡材料的配比，將影響發泡材料的韌性和黏性，從而影響車身的密封性能，即泄漏量；

2）采用涂膠封堵零件間隙是最經濟快速提升車身氣密性的措施，通過涂膠封堵和調整發泡材料配比，車身泄漏量可以從76 in3/min 降低為40～50 in3/min；

3）文章只對白車身制造過程的影響因素進行分析，并未對影響整車氣密性的門窗配合、密封膠條、管路密封、通風道密封等影響因素進行測試和分析。