某車型A柱下部銹蝕問題分析及處理

韋寧,趙紅飛

(上汽通用五菱汽車股份有限公司,廣西 柳州 545007)

鈑金材料具有成本低、易修復等特點,目前市場上的汽車白車身原材料仍以傳統(tǒng)的鈑金為主。但鈑金材料易受到溫度、濕度等環(huán)境因素的影響而發(fā)生銹蝕,鈑金銹蝕是最常見、無法避免的一種汽車車身質(zhì)量問題。車身鈑金銹蝕,小則帶來人力、材料等方面的浪費,導致經(jīng)濟損失,大則引起交通事故,導致車毀人亡。因此,車身腐蝕防護非常重要。該文針對某乘用車A柱下端出現(xiàn)鈑金銹蝕的問題,利用魚骨圖分析法探究銹蝕發(fā)生的根源,提出相應防腐措施,為后續(xù)新車型防腐設計提供參考依據(jù)。

1 故障問題描述

一般車身發(fā)生1%的銹蝕現(xiàn)象,其整體強度會降低5%～10%。從設計角度來說,車身容易發(fā)生銹蝕的地方一般有鈑金拐角處、密封處、零件結(jié)合處等不易噴漆、不易密封的位置。某乘用車A柱下部門檻拐角處出現(xiàn)嚴重的鈑金銹蝕(見圖1),導致該處車身外部面漆嚴重脫落,裸露深褐色銹跡,嚴重影響車身外觀的美觀,導致客戶極大抱怨,引起售后問題。若不及時處理,隨著銹蝕的日益加重,銹蝕區(qū)域?qū)⒊蔀檎麄€車身最薄弱位置,可能導致鈑金斷裂,影響行車安全,存在極大安全隱患。

2 金屬腐蝕機理及形態(tài)

2.1 腐蝕機理

金屬材料受到周圍介質(zhì)的作用而損壞,稱為金屬腐蝕,它是常見的腐蝕形態(tài)。金屬發(fā)生腐蝕通常是由于其在各種環(huán)境中產(chǎn)生化學、電化學反應,使金屬進入氧化離子狀態(tài)發(fā)生氧化反應,或者由于物理溶解作用而引起損壞或變質(zhì)。

圖1 某乘用車A柱下部銹蝕現(xiàn)象

在潮濕大氣、酸雨、路面積水等日常環(huán)境下引起的氧化腐蝕為電化學腐蝕,是常見的金屬腐蝕現(xiàn)象。促使電化學腐蝕的形成需滿足以下條件：1)陰極和陽極間存在電位差；2)有傳輸電子的電解質(zhì)；3)陰陽兩極形成傳遞電流的回路。當金屬放置在水溶液或潮濕環(huán)境中時,金屬表面形成微電池現(xiàn)象,電池的陽極發(fā)生氧化反應而使陽極發(fā)生溶解,陰極發(fā)生還原反應起傳遞電子的作用。由于金屬表面吸附空氣中的水分形成一層水膜,空氣中CO2、SO2、NO2等氣體溶解在這層水膜中形成電解質(zhì)溶液,而浸泡在這層溶液中的金屬含有雜質(zhì),這些雜質(zhì)一般沒有鐵活潑。這樣形成的腐蝕電池的陽極為鐵,陰極為雜質(zhì),又由于鐵與雜質(zhì)緊密接觸,使腐蝕不斷進行(見圖2)。

圖2 電化學氧化示意圖

陽極過程為金屬溶解并以離子形式進入溶液,同時把當量的電子留在金屬中：

[ne·Mn＋]→[Mn＋]＋[ne－]

陰極過程為從陽極移遷過來的電子被電解質(zhì)溶液中能吸收電子的物質(zhì)D所接受：

[ne－]＋[D]→[D·ne－]

由于外界環(huán)境或人為因素導致涂層與鈑金表面間存在局部缺陷或間隙,腐蝕介質(zhì)通過這些部位穿過涂層進入鈑金表面,在表面發(fā)生上述反應而產(chǎn)生銹蝕。

2.2 腐蝕形態(tài)

按照宏觀形態(tài),金屬腐蝕分為全面腐蝕、局部腐蝕。整個鈑金表面全部被均勻腐蝕即為全面腐蝕,一般是整體、均勻、不可避免的,隨著時間的推移而緩慢發(fā)生；僅發(fā)生在鈑金局部的腐蝕則為局部腐蝕,一般是設計、制造缺陷造成的,對金屬的局部強度有害,會擴散且對整車造成安全隱患。

腐蝕等級根據(jù)腐蝕嚴重程度區(qū)分,由弱到強分為0～9的10個等級,其中0級為沒有腐蝕,9級為穿孔腐蝕(見圖3)。

圖3 腐蝕等級

3 故障分析

魚骨圖又稱因果圖,通過頭腦風暴的方式找出所有影響因素并根據(jù)其特性進行關(guān)聯(lián)整理,是一種透過現(xiàn)象看本質(zhì)、綜合各種因素進行分析的方法,以其綜合性、表象性的特點而被各汽車廠家廣泛應用于質(zhì)量問題分析。

采用魚骨圖分析法,從人、機、料、法、環(huán)方面入手,結(jié)合該車路試情況分析導致A柱銹蝕的主要原因(見圖4)。

圖4 某車型A柱銹蝕原因分析魚骨圖

3.1 自然環(huán)境因素

該車在完整的耐久性路試(模擬極限工況24 h不間斷)過程中,遭遇中雨及以上天氣累計35 d,涉水試驗約1 600 km,車輛清洗10次,遭遇臺風天氣泡水2 d。經(jīng)歷如此嚴峻的自然環(huán)境后,相比同批的其他車型,該車發(fā)生銹蝕的概率大大提升。

3.2 車身漆膜影響

電泳涂裝是鈑金防銹蝕的重要工藝環(huán)節(jié)之一,其中陰極電泳法(電泳電連接見圖5)是目前廣泛采用的工藝方法。其原理如下：將需要涂膜的白車身連接到電源陰極,通過特殊方法使電泳液中的涂料粒子帶上正電粒子；通電后,在電場作用下,涂料粒子向著車身表面運動,實現(xiàn)涂膜。

圖5 電泳電連接示意圖

3.3 車身結(jié)構(gòu)

3.3.1 側(cè)圍與前車體焊接邊的密封影響

該車側(cè)圍總成與前車體搭接邊缺少密封膠,遇水時由前擋流水槽處流下的水從側(cè)圍總成與前車體焊接邊流入腔體內(nèi),被腔體下部密封填料吸收囤積而無法排出,從而加大銹蝕風險(見圖6)。

圖6 側(cè)圍總成與前車體搭接位置示意圖

3.3.2 側(cè)圍A柱加強板與側(cè)圍外板漏液孔設計影響

因拼焊技術(shù)及板件結(jié)構(gòu)原因,在利用拼焊技術(shù)將鈑金件沖壓形成白車身時,不可避免地產(chǎn)生搭接邊離空、錯邊等焊接制造偏差。通過魚骨圖方法分析并仔細研究數(shù)模及實車,發(fā)現(xiàn)A柱下加強板與側(cè)圍外板在設計上存在間隙較小及較長狹長范圍內(nèi)未開設漏液孔的缺陷,在涂裝電泳槽中進行電泳組作業(yè)時不利于電泳液流入,導致電泳質(zhì)量差、涂膜厚度小等質(zhì)量問題,為該車在一定時間后發(fā)生銹蝕埋下了隱患。

3.4 密封填料

密封填料在受熱后發(fā)泡充斥所在位置腔體,阻止聲音和灰塵在空腔內(nèi)流通。該車在側(cè)圍外板與A柱加強板下部之間雖設計有密封填料,并通過粘結(jié)方式固定在側(cè)圍外板上(見圖7)。但由于密封填料粘結(jié)段無法電泳上漆,導致電泳漆膜不足,容易在積水后產(chǎn)生銹蝕。

圖7 側(cè)圍外板與A柱加強板下部之間的密封填充

4 優(yōu)化方案

考慮到無法控制客戶的使用工況等因素,僅在車身設計上提出防止車身銹蝕方案。

4.1 增涂焊點密封膠

該車側(cè)圍與前車體搭接處存在密封不良,易導致潮濕空氣與雨水等引起腐蝕的物體進入。為此,在側(cè)圍總成與前車體焊接邊增加點焊密封膠(見圖8),阻斷白車身腔體與外界環(huán)境,防止雨水及潮濕空氣等從焊接邊流入腔體導致腐蝕。

圖8 增涂點焊密封膠示意圖

4.2 增大鈑金漆膜厚度

造成鈑金漆膜厚度較小的原因較多,如電泳工藝的電壓不夠、零件結(jié)構(gòu)復雜導致電泳液流動性差等。可從結(jié)構(gòu)設計、涂裝工藝兩方面加以改進：結(jié)構(gòu)方面,加大漆膜厚度達不到要求的通道及位置處鈑金間隙或在容易發(fā)生儲液現(xiàn)象的位置增加漏液孔；工藝方面,提高電泳工藝的輸出電壓、加強或改善電泳槽內(nèi)電泳液的流動性等。無論采取哪種方法,目的均是增強電泳液的流動性,使涂膜能充分、全面地覆蓋在鈑金表面,形成符合要求的漆膜厚度。

根據(jù)該車發(fā)生銹蝕的位置、結(jié)構(gòu)等實際情況,在保證最小改動量的前提下,在側(cè)圍外板與A柱下加強板分別增開φ25(0～＋0.2)漏液孔(見圖9),及時將流入的液體排出,增強電泳液的流動性,提高漆膜質(zhì)量。

圖9 增開漏液孔位置示意圖

4.3 優(yōu)化密封填料粘結(jié)位置

該車密封填料粘結(jié)位置位于側(cè)圍外板。密封填料在該處發(fā)泡后易出現(xiàn)粘結(jié)縫隙、密封不嚴的問題,從而引起銹蝕。經(jīng)過大量氣密性試驗及理論分析,將密封填料粘結(jié)位置由側(cè)圍外板轉(zhuǎn)移到A柱下加強板(見圖10),烘烤發(fā)泡后,A柱下加強板一側(cè)密封性能較好,能阻斷雨水繼續(xù)往下流動形成積水而發(fā)生銹蝕。

圖10 優(yōu)化后密封填料粘結(jié)位置示意圖

5 實車驗證

按上述方案對該車進行處理后,經(jīng)過測量,A柱下部區(qū)域漆膜厚度由之前的3～4μm提高至8 μm,漆膜厚度明顯提升。應用該優(yōu)化方案的小批量樣車經(jīng)過高強度的淋雨試驗、嚴謹?shù)臍饷苄栽囼灐Ⅺ}霧等惡劣環(huán)境的考驗及完整的耐久性試驗后,該處未產(chǎn)生銹蝕現(xiàn)象,說明優(yōu)化方案有效、可行。圖11為應用優(yōu)化方案后的樣車上漆效果。

6 結(jié)語

該文采用魚骨圖分析法查找某車型A柱下部車身銹蝕的產(chǎn)生原因,從工程結(jié)構(gòu)設計、涂膠工藝等方面進行優(yōu)化,實車驗證結(jié)果表明：在兩層板焊接邊增涂點焊密封膠,阻斷水流入腔體,可避免潮濕環(huán)境滋生銹蝕；車身鈑金(內(nèi)、外板)件增開漏液孔,方便電泳液流動,有助于提高車身表面的漆膜厚度,大大提高抗腐蝕能力。

圖11 應用優(yōu)化方案后的樣車上漆效果