白車身焊接順序對尺寸搭接影響的研究

何金蓉

摘 要：針對翼子板安裝點Y向偏差的問題，介紹了焊接順序對尺寸搭接影響的產生機理，提出了在不更改設計結構的前提下，通過優化焊接順序，達到將搭接結構由對接形式變為類似搭接形式的效果，消除尺寸偏差累積。驗證結果表明，翼子板安裝點Y向偏差問題得到有效解決。可為汽車白車身搭接結構設計、焊接工藝設計提供參考借鑒。

關鍵詞：焊接順序;搭接形式;翼子板安裝點

1 引言

隨著中國汽車市場的不斷下滑，自2018年以來中國汽車市場已經連續兩年出現負增長[1]，汽車各企業之間面臨愈加激烈的競爭，為了在汽車市場競爭中擁有更強的競爭力，各主機廠對汽車生產線的高節拍、高柔性能力要求越來越突出。要達到縮減生產制造成本，提高生產效率的效果，需要各企業在工藝規劃上對生產線節拍不斷優化提升[2]。而要提高生產節拍，機器人自動焊接的軌跡優化顯得尤為重要。通過選取最佳的機器人焊接路徑，有利于縮短焊接時間，提高生產效率，節約生產成本[3]。然而在實際生產制造過程中工藝規劃僅重點對焊點的布局及焊接效率有較高的要求，常常忽略了焊接順序對焊接尺寸質量的影響。在實際生產制造過程中我們發現，同樣的焊點布局使用不同的焊接順序，白車身焊接后的尺寸結果有不同的表現。

本文以翼子板安裝點Y向偏差問題為研究載體，通過主機廠的生產制造實踐經驗，分析焊接順序對尺寸搭接的影響，并提出改善措施，以期為白車身焊接工藝設計提供參考借鑒。

2 焊接順序對尺寸搭接的影響

為了保證各零件之間焊接后的整體強度，相鄰零件的搭接部位通常設計成是多個方向的接觸面焊接。以兩個L型零件搭接為例，板件1在Y方向上出現了焊接偏差，偏離了理論值，板件2通過工裝夾具定位面定位，理論位置如圖1（a）所示，此時板件2定位符合理論，焊接Z方向焊點后可保證板件2焊接后定位合理;若如圖1（b）所示先焊接Y方向焊點，板件2會跟隨板件1在Y方向上發生偏移，此時再焊接Z方向焊點后定位出現偏差，后續以板件2為定位基準的零件會因此產生偏差的連鎖反應。

3 翼子板安裝點偏差機理分析

鈑金搭接的實際尺寸除了與鈑金的理論厚度尺寸有關，還與零件表面的輪廓尺寸有關，兩零件搭接的實際厚度通常大于理論狀態的厚度，再加上焊點焊接時的變形，實際厚度再一次出現變化，因此多層鈑金零件搭接時，總體尺寸一般有變大趨勢[4]。搭接層數越多，尺寸偏移、焊接變形越多，實際尺寸變化越明顯。

某車型翼子板安裝點Y向偏差約2.5mm，公差±1.5mm，超出設計值，翼子板安裝點出現偏差，是因為設計上同方向搭接層數過多，導致公差偏移累積過大造成的。圖2為某車型前車體從前大梁到翼子板支架的搭接方式簡圖，前輪罩以大梁為定位基準，輪罩外板以輪罩為定位基準，而輪罩外板加強板以及翼子板支架則以輪罩外板為定位基準。從大梁到翼子板支架共經過4層同方向鈑金搭接及焊點焊接，尺寸偏差積累過多，導致翼子板安裝點的精度取決于所有零件的型面精度，而工裝定位在該搭接方式中起到的作用非常有限，安裝點的有效精度無法得到保證。

由于零件、工裝定位、焊接變形等偏差源復雜多變，具有無數不確定性，通過完全解決根本偏差源耗時耗力見效慢，在設計上常通過靈活選擇運用搭接、對接、角接的鈑金搭接形式，合理設計裝配順序，可以在不增加額外成本的前提下很大程度上消除尺寸偏差[5]。圖3為搭接、對接、角接接頭形式。

本案例可在設計翼子板支架的搭接形式上由對接形式改為搭接形式，在最后一個搭接之前的偏差就可被最后一層搭接消除，最終的偏差僅剩翼子板支架的工裝定位偏差。如圖4所示。

4 改善措施及工程驗證

4.1 改善措施

為了避免更改設計所需要支出的高昂經濟成本，在現有的結構基礎之上，主機廠通常通過采取改善工藝的措施手段去解決問題。在本案例中，為消除多層搭接的公差偏移累積，可選擇利用輪罩外板與輪罩外板加強板的L型搭接結構，通過改善焊接順序，將對接形式變為類似搭接形式的效果。如圖5所示，原工藝焊接順序為焊點①→②→③→④，先焊接Y向焊點①、②，Y方向不可調，工裝定位面失效，改進后的焊接順序為先焊接焊點，此時輪罩外板加強板扔緊貼工裝定位面，定位有效，Y方向可根據工裝定位面進行微調，焊點③、④焊接后，①、②焊點的焊接已經無法改變零件Y向尺寸，從而達到變對接形式為類似搭接形式的效果。

4.2 工程驗證

為了驗證方案有效性，通過對比改進前后的CMM測點數據是否得到改善。翼子板安裝點CMM數據如下圖6所示，改進前安裝點Y向偏差約2.0～2.5mm，通過優化白車身焊接順序，改進后的翼子板安裝點Y向在理論值0±1.0mm范圍內，翼子板安裝點Y向偏差問題得到有效解決。

5 結束語

本文分析了焊接順序對尺寸搭接影響的產生機理，并結合翼子板Y向偏差的工程案例問題，介紹了搭接結構對尺寸偏差累積的影響，在不更改原搭接結構設計的基礎上，提出了通過優化焊接順序的工藝措施來解決尺寸偏差問題。工程驗證結果表明，白車身焊接順序對白車身尺寸有重大影響，可通過優化焊接工藝來改進白車身尺寸偏差。

參考文獻：

[1]鄭雪芹.2019年車市回顧及2020年展望.汽車縱橫.

[2]姜賢茂.高節拍生產條件下轎車車身焊裝主線工藝規劃研究.上海交通大學.

[3]宋林森，杜紫微， 郭好杰. 汽車白車身機器人焊接路徑優化技術研究.制造業自動化.

[4]朱立君，王浩，李曉云.白車身寬度尺寸一致性控制方法研究及應用.現代制造工程.

[5]陶恩樹，雷雨成.接頭形式及裝配順序對車身裝配偏差影響的研究.機械設計.