汽車側(cè)圍尾燈安裝板與側(cè)圍外板連接方式研究

劉美娜，鄭明，張錦良，李釗文，楊建

（廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

汽車側(cè)圍尾燈安裝板與側(cè)圍外板連接方式研究

劉美娜，鄭明，張錦良，李釗文，楊建

（廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

如今汽車工業(yè)發(fā)展迅速，人們對(duì)于汽車外造型和車身性能等要求越來(lái)越高，因此給車身設(shè)計(jì)與制造帶來(lái)越來(lái)越巨大的挑戰(zhàn)。目前，汽車側(cè)圍尾燈朝著一體化、輕型化、美觀化發(fā)展，該處外造型趨勢(shì)逐漸向Z向狹小、X向細(xì)長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式發(fā)展。汽車側(cè)圍尾燈安裝板與側(cè)圍外板之間的連接受到汽車外造型和燈具結(jié)構(gòu)約束，在滿足上述兩種約束的前提下，要實(shí)現(xiàn)他們之間的可靠連接，那么就對(duì)連接方式的可行性提出了更高的要求。該處焊接性及精度關(guān)系到面品及后部DTS，為車身設(shè)計(jì)、制造、質(zhì)量控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。目前大多主機(jī)廠采用電阻點(diǎn)焊對(duì)其進(jìn)行連接，但是對(duì)于X向細(xì)長(zhǎng)造型形式的側(cè)圍尾燈在焊接過程中往往出現(xiàn)焊鉗與周圍鈑金干涉而造成焊點(diǎn)不可達(dá)，各大主機(jī)廠一直在探究更可行的方法。文章介紹汽車側(cè)圍尾燈安裝板與側(cè)圍外板較為成熟的幾種連接方式，包括激光焊接、CO2氣體保護(hù)焊、結(jié)構(gòu)膠連接和電阻點(diǎn)焊。重點(diǎn)針對(duì)X向細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)側(cè)圍尾燈安裝板與側(cè)圍外板的電阻點(diǎn)焊提供了六種解決方案。

側(cè)圍尾燈安裝板；電阻點(diǎn)焊；異形焊鉗；傀儡焊

如今汽車工業(yè)發(fā)展迅速，人們對(duì)于汽車外造型和車身性能等要求越來(lái)越高，因此給車身設(shè)計(jì)與制造帶來(lái)越來(lái)越巨大的挑戰(zhàn)。目前，汽車側(cè)圍尾燈朝著一體化、輕型化、美觀化發(fā)展，該處外造型趨勢(shì)逐漸向Z向狹小、X向細(xì)長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式發(fā)展[1]。這種外造型對(duì)側(cè)圍尾燈安裝板處鈑金結(jié)構(gòu)造成很大約束，與此同時(shí)，側(cè)圍尾燈內(nèi)部所布置的燈具結(jié)構(gòu)也會(huì)限制側(cè)圍尾燈安裝板處鈑金結(jié)構(gòu)。因此在滿足上述兩種約束的前提下，要實(shí)現(xiàn)側(cè)圍尾燈安裝板與側(cè)圍外板之間的可靠連接，那么就對(duì)連接方式的可行性提出了更高的要求。

1 側(cè)圍尾燈安裝板與側(cè)圍外板主要連接方式

1.1 激光焊接

隨著激光技術(shù)的成熟、設(shè)備成本的下降和生產(chǎn)效率的提高，激光焊接在車身制造中被廣泛應(yīng)用，主要被用于汽車車門、前后蓋、頂蓋和側(cè)圍外板、流水槽和側(cè)圍外板等零部件的連接[2]。德國(guó)大眾采用激光焊接實(shí)現(xiàn)側(cè)圍尾燈安裝板與側(cè)圍外板的連接，焊后鈑金變形小，焊縫成型美觀，質(zhì)量穩(wěn)定，很好地保證了側(cè)圍尾燈安裝板與燈具的安裝精度，并且大大提高了工作效率，如圖1所示。車身設(shè)計(jì)中，減重、降本和性能提升是最重要的三個(gè)目標(biāo)，然而激光焊接不僅成本高，而且對(duì)于待焊白車身鈑金件之間的裝配精度具有較高要求，因此，在側(cè)圍尾燈安裝板與側(cè)圍外板的連接中并沒有得到特別廣泛的應(yīng)用。

圖1 側(cè)圍尾燈安裝板與側(cè)圍外板的激光焊接

1.2 CO2氣體保護(hù)焊

CO2氣體保護(hù)焊具有操作靈活、簡(jiǎn)單、成本低、對(duì)油污和銹跡的敏感性差等特點(diǎn)，而被國(guó)內(nèi)各汽車公司廣泛應(yīng)用，也有一些主機(jī)廠用其進(jìn)行側(cè)圍尾燈安裝板與側(cè)圍外板的連接，如圖2所示。雖然CO2氣體保護(hù)焊在技術(shù)和設(shè)備方面已日趨完善，但焊縫成形粗糙、飛濺較大，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量，進(jìn)而影響側(cè)圍尾燈裝配精度，而且易產(chǎn)生焊渣，污染環(huán)境且焊接后需要打磨，工序繁瑣，增加生產(chǎn)節(jié)拍。所以CO2氣體保護(hù)焊并不是焊接側(cè)圍尾燈安裝板與側(cè)圍外板最好的連接方式。隨著汽車車身輕量化發(fā)展，汽車產(chǎn)品向“更輕、更安全、低成本、高性能”方向發(fā)展目標(biāo)，也需要 CO2焊接技術(shù)向“精量化焊接制造”的方向發(fā)展，才能進(jìn)一步推動(dòng)其在汽車中應(yīng)用，才能更好服務(wù)于未來(lái)汽車行業(yè)[3]。

圖2 側(cè)圍尾燈安裝板與側(cè)圍外板的CO2保護(hù)焊

1.3 結(jié)構(gòu)膠連接

隨著人們對(duì)新型結(jié)構(gòu)膠粘劑的不斷研究開發(fā)，結(jié)構(gòu)膠逐漸可以作為連接汽車部件的主要手段。結(jié)構(gòu)膠具有強(qiáng)度高，能承受較大載荷，且耐老化、耐疲勞、耐腐蝕，在預(yù)期壽命內(nèi)性能穩(wěn)定，適用于承受強(qiáng)力的結(jié)構(gòu)件粘接[4]。主要適用于汽車車門、發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋、后背門（行李箱蓋）內(nèi)外板以及一些特殊位置的粘接[5]。廣汽傳祺某些車型采用結(jié)構(gòu)膠實(shí)現(xiàn)側(cè)圍尾燈安裝板與側(cè)圍外板連接，取得了不錯(cuò)的效果。然而，由于結(jié)構(gòu)膠成本較高，常溫固化時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)溫度濕度較為敏感，并且耐久性較差，因此，并沒有被其他主機(jī)廠廣泛地應(yīng)用在側(cè)圍尾燈安裝板與側(cè)圍外板的連接。

2 針對(duì)電阻點(diǎn)焊的研究

電阻點(diǎn)焊是白車身最主要的連接方式，由于具有成本低、連接強(qiáng)度高、操作性好等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用最為廣泛。目前，國(guó)內(nèi)外主機(jī)廠大多采用電阻點(diǎn)焊實(shí)現(xiàn)側(cè)圍尾燈安裝板與側(cè)圍外板的連接。但是，由于電阻點(diǎn)焊需要一定的焊接空間及進(jìn)出通道才能實(shí)現(xiàn)焊鉗可達(dá)，因此對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有較高的要求。

2.1 設(shè)計(jì)解決方案

汽車側(cè)圍尾燈處狹長(zhǎng)結(jié)構(gòu)造型趨勢(shì)使得側(cè)圍尾燈安裝板與側(cè)圍外板連接時(shí)受到很大的空間約束。采用電阻點(diǎn)焊進(jìn)行連接時(shí)，焊點(diǎn)可以布置在車身 X、Y、Z方向上或者與某一坐標(biāo)方向帶有一定角度?？紤]到側(cè)圍尾燈安裝板與側(cè)圍外板連接處的焊鉗操作性和可達(dá)性，最理想情況是將此處鈑金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為X向或Y向搭接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)X向或Y向焊接，圖3為廣汽傳祺某車型側(cè)圍尾燈安裝板與側(cè)圍外板的Y向焊點(diǎn)處剖面圖，焊鉗可達(dá)。

圖3 廣汽傳祺Y向焊點(diǎn)剖面圖

然而車身A面受沖壓成型以及側(cè)圍尾燈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求的影響，很難將搭接面設(shè)計(jì)成X向或者Y向。因此，在整車開發(fā)過程中，建議在概念設(shè)計(jì)階段采用如下四種方式設(shè)計(jì)。

a）將造型分縫線1盡可能前移，使得側(cè)圍尾燈安裝板與側(cè)圍外板的搭接結(jié)構(gòu)和焊接位置被后背門和后保險(xiǎn)杠遮擋。其中分縫線1為側(cè)圍外板與后背門或行李箱蓋分縫線；分縫線2為側(cè)圍外板與后保分縫線，如圖4所示。由于白車身焊接完成后，才進(jìn)行后背門和后保險(xiǎn)杠的裝配，因此此種設(shè)計(jì)使得造型A面對(duì)優(yōu)異的鈑金搭接方式的限制降低，更利于實(shí)現(xiàn)X向或者Y向電阻點(diǎn)焊。

圖4 側(cè)圍尾燈外造型及鈑金結(jié)構(gòu)

b）將尾燈設(shè)計(jì)為相對(duì)側(cè)圍外板、后背門外板和后保盡可能外凸出。這種情況下布置燈具所需空間小，鈑金件成型深度淺，可以實(shí)現(xiàn)尾燈安裝板與側(cè)圍外板一體成型，避免進(jìn)行焊點(diǎn)布置。

c）LED燈帶X向靠后，Z向靠中，側(cè)圍尾燈前面Z向高度狹窄處布置反光片，有利于側(cè)圍尾燈Z向狹窄區(qū)域與側(cè)圍外板一體式?jīng)_壓成型，如圖5所示。燈具前段安裝點(diǎn)為卡扣安裝，從根本上減少側(cè)圍尾燈安裝板與側(cè)圍外板的焊點(diǎn)，其余焊點(diǎn)可設(shè)置在Y向上。

圖5 側(cè)圍尾燈狹窄處布置反光片

圖6 側(cè)圍尾燈前段狹窄處斷面圖

經(jīng)過對(duì)多款車型研究，將側(cè)圍尾燈Z向狹窄區(qū)域與側(cè)圍外板設(shè)計(jì)為一體式?jīng)_壓成型時(shí)，對(duì)于距離燈具尖角不同位置處（如圖6所示），Z向高度、鈑金凹入深度、燈具厚度和燈具外凸尺寸要滿足表1所示工藝約束。

表1 不同斷面位置約束值

為了實(shí)現(xiàn)側(cè)圍尾燈后段Y向點(diǎn)焊，側(cè)圍尾燈安裝板與側(cè)圍外板搭接處需設(shè)置臺(tái)階，并且滿足Z向高度約28mm；Y向深度小于30mm；W寬度A面尺寸大于10mm，如圖7所示。

圖7 側(cè)圍尾燈后段斷面圖

d）在側(cè)圍尾燈處或在后背門外板上增加飾板，使得側(cè)圍尾燈安裝板與側(cè)圍外板的搭接結(jié)構(gòu)和焊接位置被飾板遮擋。這樣側(cè)圍外板或后背門外板與尾燈安裝板處結(jié)構(gòu)可以設(shè)置為X向或者Y向搭接，焊點(diǎn)布置在飾板下面。

2.2 工程解決方案

在某些情況下，概念設(shè)計(jì)階段并不能按照以上四種方式進(jìn)行設(shè)計(jì)而只能布置Z向搭接，而普通焊鉗在空間結(jié)構(gòu)上屬于單一平面，進(jìn)行車身正Z向或Z向帶角度條件下的電阻點(diǎn)焊時(shí)，常常出現(xiàn)焊鉗與側(cè)圍外板或流水槽或側(cè)圍尾燈安裝板等鈑金件干涉，導(dǎo)致焊接性能差，焊接無(wú)法實(shí)現(xiàn)，如圖8所示。為了實(shí)現(xiàn)Z向焊接，建議采用如下兩種方式。

圖8 Z向焊點(diǎn)焊鉗干涉

a）焊接側(cè)圍尾燈安裝板時(shí)可以設(shè)計(jì)專用異型焊鉗，能夠?qū)崿F(xiàn)在車身 X、Y、Z方向上或者與某一坐標(biāo)方向帶有一定角度的電阻點(diǎn)焊，尤其針對(duì)普通焊鉗無(wú)法實(shí)現(xiàn)的在車身正 Z向或Z向帶角度條件下的電阻點(diǎn)焊，如圖9所示。此異型焊鉗通過選用雙L型的漸變式下握桿，以及上握桿、上電極桿、上電極帽與下電極帽、下電極桿、下握桿構(gòu)成的空間立體結(jié)構(gòu)，能夠有效地避開周圍零件以使其兩個(gè)電極準(zhǔn)確到達(dá)焊接位置，精確地進(jìn)行焊接，充分保證了側(cè)圍尾燈安裝板的焊接精度，如圖10所示。此外，也可以實(shí)現(xiàn)多種結(jié)構(gòu)形式側(cè)圍尾燈安裝板的焊接，對(duì)于不同車型可通過設(shè)計(jì)調(diào)整電極桿和握桿的尺寸改變焊鉗的喉深和喉寬，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)狹小空間的焊接。由于焊鉗握桿沒有對(duì)中，焊接壓力低于普通焊鉗，僅僅可達(dá)到 2KN-2.5KN，因此對(duì)于焊接處鈑金材料厚度有一定的要求，一般總料厚不能超過4mm，否則無(wú)法保證焊接強(qiáng)度。

圖9 異型焊鉗

圖10 Z向焊點(diǎn)可達(dá)

b）另一種實(shí)現(xiàn)側(cè)圍尾燈安裝板與側(cè)圍外板焊接的方式是傀儡焊?？芎福磳⒑搞Q做到夾具上，通過電纜和銅板等連接將焊接位置以一塊銅電極板的形式轉(zhuǎn)移到容易達(dá)到位置，通過機(jī)器人或者人工用普通焊機(jī)焊槍給這對(duì)銅電極板通電，來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離焊接的方法，通常用于焊接普通焊鉗不能焊接的零件。焊接側(cè)圍尾燈座板時(shí)，通過在夾具的板件下方預(yù)埋傀儡焊鉗，板件上方夾具夾緊塊實(shí)現(xiàn)定位和電流傳導(dǎo)，并通過絕緣墊片隔離，傀儡焊鉗通過附纜和銅排引出后可以便利的利用外部焊鉗[6]。但是布置傀儡焊機(jī)構(gòu)需要占用較大的空間，包括額外增加銅排、附纜和傀儡焊鉗，因此從投資成本上考慮，盡量避免使用傀儡焊工藝。

3 小結(jié)

綜上所述，應(yīng)對(duì)汽車側(cè)圍尾燈處外造型發(fā)展趨勢(shì)，可以采用多種連接方法實(shí)現(xiàn)側(cè)圍尾燈安裝板與側(cè)圍外板的連接，相對(duì)比較電阻點(diǎn)焊應(yīng)用更為廣泛。在車身概念設(shè)計(jì)階段就要采取合適的設(shè)計(jì)方案盡量布置X向或Y向焊點(diǎn)，優(yōu)先選擇側(cè)圍外板與后背門或行李箱蓋分縫線前移方案，其次選擇將側(cè)圍尾燈設(shè)計(jì)為相對(duì)側(cè)圍外板、后背門外板和后保盡可能外凸出方案，再次選擇將LED燈帶X向靠后，Z向靠中布置，側(cè)圍尾燈前面Z向高度狹窄處布置反光片方案以及在側(cè)圍尾燈處或在后背門外板上增加飾板方案。對(duì)于無(wú)法實(shí)現(xiàn)布置X向或Y向焊點(diǎn)，而只能布置Z向焊點(diǎn)的情況，可采用異形焊鉗或者傀儡焊方式進(jìn)行焊接。

[1] 陳捷,周太明.汽車尾燈的發(fā)展動(dòng)向[J].中國(guó)照明電器,1999, (10):1-5.

[2] 郎旭元,張?jiān)?激光技術(shù)在汽車工業(yè)中的應(yīng)用[J].機(jī)械工程師,2006,(6):20-23.

[3] 楊勝統(tǒng).淺談CO_2氣體保護(hù)焊在汽車車身焊接中的應(yīng)用[J].裝備制造技術(shù),2009,(2):147-149.

[4] 李全鋼.結(jié)構(gòu)膠在汽車白車身上的應(yīng)用研究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件,2016,(12):121-122.

[5] 楊曉軍,王宇飛.結(jié)構(gòu)膠連接與現(xiàn)代汽車車身連接技術(shù)[J].工藝與裝備,2010,37(4):24-25.

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Study on the Connection Mode of the Mounting Plate of the Automobile Side Rear Lamp and the Side Wall Panel

Liu Meina, Zheng Ming, Zhang Jinliang, Li Zhaowen, Yang Jian
( Guangzhou Automobile Group CO. LTD Automotuve Engineering Institute, Guangdong Guangzhou 511434 )

In recent years the automobile industry is growing fast, people begin to place a greater demand of automobile appearance modeling and body performance. So there is a growing challenge to automobile design and manufacturing. At present, the development of the automobile side rear lamps are towards integration, light and aesthetic. The exterior trend of this area gradually develops into the small structure of body coordinate Z and thin structure of body coordinate X. The connection between the mounting plate of the automobile side rear lamp and the side wall panel is restricted by automobile appearance modeling and the structure of the lamp. Under the premise of meeting these constraints, a higher requirement is made for the feasibility of the connection method to achieve a reliable connection between them. The welding and accuracy of the site are related to the surface and the rear DTS. It is the key and difficult point of automobile design, manufacturing, and quality control. Most of the main automobile manufacturers use resistance spot welding to connect them. However, for the thin structure of body coordinate X of the rear lamp, the welding gun always interferes with the surrounding metal plates in the welding process, which causes the welding points to be inaccessible. Most automobile manufacturers have been exploring more viable approaches. In this paper, several kinds of connection methods for the mounting plate of the rear lamp of the body side and the side wall panel are introduced. Laser welding, CO2 gas protection welding, structural adhesive connection and resistance spot welding are included. The six solutions are provided for the resistance spot welding, especially for the thin structural of body coordinate X of the rear lamp.

the mounting plate of the automobile side rear lamp; Resistance spot welding; Special-shaped electrodeholder; Puppet welding

CLC NO.: TG457.5 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)12-38-04

TG457.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7988 (2017)12-38-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.12.014

劉美娜（1989-），女，現(xiàn)就職于廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，焊接工藝工程師，主要工作任務(wù)為研究白車身新工藝連接方法和車身同步SE分析，吉林大學(xué)碩士學(xué)位。