某車型后門鎖扣處車身焊點開裂的解決方案

孫計晨，杜成成，李明錄（長城汽車股份有限公司技術中心；河北省汽車工程技術研究中心，河北 保定 071000）

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某車型后門鎖扣處車身焊點開裂的解決方案

孫計晨，杜成成，李明錄
（長城汽車股份有限公司技術中心；河北省汽車工程技術研究中心，河北 保定 071000）

某車型門蓋開閉耐久試驗過程后門鎖扣處的車身焊點出現(xiàn)裂紋，以此為背景，以后門鎖扣及周邊鈑金為研究對象，建立有限元模型，對焊點開裂處的側(cè)圍外板、鎖扣加強板、鎖扣螺母板、鎖扣螺母盒等件進行CAE分析，找出引起焊點開裂的主要原因，提出2種解決方案，結合現(xiàn)場工藝、改善成本、整改周期確定一種最佳方案，使其滿足功能要求，為車身骨架設計、制造提供思路和方法。

焊點開裂；疲勞耐久；CAE分析；點焊結構膠

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.077

CLC NO.: U466Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)08-229-03

1、某乘用車后門鎖扣處車身焊點開裂問題

某乘用車試制階段門蓋開閉耐久試驗時，左后門鎖扣處車身鈑金焊點在開閉循環(huán)17102次時開裂，右側(cè)同樣位置循環(huán)40650次出現(xiàn)裂紋，裂紋無擴展。未達到50000次循環(huán)車身鈑金無開裂的要求。開裂狀態(tài)如圖1所示。結合該車型結構特點，制定整改方案，使車身鈑金耐久性能達到目標要求。

2、焊點開裂現(xiàn)狀分析

2.1鈑金結構

鎖扣螺母板在鎖扣螺母盒中與鎖扣加強板焊接為焊合件后與側(cè)圍外板總成焊接，如圖2。

2.2現(xiàn)狀驗證

2.2.1試驗條件

開閉件疲勞試驗方法及評價指標需對環(huán)境參數(shù)、玻璃位置、循環(huán)次數(shù)等條件確認，其中循環(huán)次數(shù)涉及的關門能量如表1。

表1　開閉件疲勞耐久試驗中的關門能量

根據(jù)關門能量，以下公式：

式中E為關門能量（J）；m為車門總成質(zhì)量（kg）v為車門關閉前5cm長度內(nèi)，門鎖位置處平均線速度（m/s）。

因車門總成質(zhì)量一定，關門能量隨關門速度的變化存在變差。

2.2.2試驗設備

現(xiàn)有試驗設備是人工調(diào)節(jié)氣壓控制車門關閉速度，通過車門關閉（小、中、大）三個速度等級來確定試驗條件的三個等級，但人工控制氣壓值無法準確控制車門速度，且試驗過程氣壓值有逐漸增大趨勢，影響試驗結果的準確性。下一步需再進行CAE分析與試驗進行比照。

2.2.3CAE分析

在車門鎖扣與鎖舌嚙合處施加Y向600N的力模擬關門時鎖扣安裝點受力情況，焊點開裂處應力為 157MPa（應力分布如圖4），而側(cè)圍外板材料屈服強度為120～180Mpa，已超過材料屈服強度下限。焊點連接面積小，熔核直徑為mm （t為焊接板材料厚），應力一定的情況下，應變值大，位移大即焊點位置處開裂。因此，車門鎖扣處車身焊點開裂的主要原因是此處的應力集中，導致鈑金壽命降低。

3、方案制定

3.1改進鈑金結構

目前鎖扣加強板呈“L”形與側(cè)圍外板焊接，僅與側(cè)圍后內(nèi)板總成中的門洞法蘭邊焊接，有效連接面少，考慮增加連接面，改進鎖扣加強板結構，提高剛度。

增加鎖扣加強板與C柱加強板和后輪罩外板的支撐結構，如圖5。

3.2消除應力集中

因車間作業(yè)工位所限，不能再增加焊點，因此在鎖扣加強板與側(cè)圍外板的焊接貼合面涂打點焊結構膠，增大受力面積，消除應力集中。另因增加了鎖扣加強板的支撐結構，且支撐結構所在面工藝上也不能焊接，所以也采用點焊結構膠進行鈑金件之間的連接。

3.2.1半封閉式涂打點焊結構膠

鎖扣加強板與側(cè)圍外板的焊接貼合面采用半封閉式點焊結構膠涂打方式，如圖6。

3.2.2全封閉式涂打點焊結構膠

鎖扣加強板與側(cè)圍外板的焊接貼合面采用全封閉式點焊結構膠涂打方式，如圖7。

4、方案確定及驗證

分析加載工況仍輸入在車門鎖扣與鎖舌嚙合處施加Y向600N的力，分析結果如表2。

表2　整改方案與現(xiàn)狀對比

綜上，鎖扣加強板改進結構，Y向剛度提升2倍，對于開閉車門聲品質(zhì)優(yōu)化也有貢獻；增加涂打點焊結構膠，應力降低（應力分布如圖8），疲勞耐久無限壽命，開裂消除。另結合工藝、成本及整改周期，選擇方案一即可。

經(jīng)試制階段第二輪門蓋開閉耐久試驗，試驗結束后門蓋、車身骨架均無開焊、開裂問題。

5、總結

車門開閉耐久試驗出現(xiàn)的問題均需制定對策方案再進行一輪驗證，增加了試驗周期，影響了整車開發(fā)進度。通過本文案例，后車門鎖扣處設計焊點的車型應考慮增加疲勞耐久分析，在數(shù)據(jù)設計階段規(guī)避開裂風險。點焊結構膠配合點焊的使用，可增加周邊鈑金件的剛度，避免局部應力集中，另點焊結構膠的使用，可解決工藝上點焊不能實施的部位，亦可減少焊點的數(shù)量，這是新材料、新工藝使用需繼續(xù)研究的方向。

試驗裝備的過程確認也是影響試驗結果的重要因素之一，試驗人員對設備性能、功能的改善和維護也是日常管理的重點工作。

[1]汽車用增韌結構膠在車身連接上的應用.西南汽車信息,2013（9）:22～26.

[2]王忠校.疲勞仿真方法解決車身局部開裂：[學位論文].長春:吉林大學,2008

[3]孔欣欣,譚立國.車門開閉耐久試驗臺的開發(fā)設計.天津汽車,2000（2）:26～28.

A Solution to Solder Joint Crack of Ring Assy Rear Door on a Car

Sun Jichen,Du Chengcheng,Li Minglu
(Technological Center of Great Wall Automobile Co.Ltd; Hebei Province Automobile Engineering Technology Research Center,Hebei Baoding 071000)

A car door cover open and close durability test ring assy rear door of body joints crack.Taking this as the background,ring assy rr door and the surrounding sheet metal as the research object,finite element model is established,side of the solder joint cracking around otr panel side wall,reinf plate ring assy door,nut plate ring assy door,nut box ring assy door,CAE analysis,find out main cause of solder joint cracking,put forward two solutions binding site process,improve the cost,rectification period to determine an optimum scheme,to enable it to meet the functional requirements,to provide ideas and methods for body frame design and manufacturing.

solder joint crack; fatigue durability; CAE analysis; spot welding structure glue

U466

A

1671-7988（2016）08-229-03

孫計晨（1985-）， 中級工程師，就職于長城汽車股份有限公司。主要從事車身骨架結構設計以及新材料、新工藝、新技術方面的研究。