汽車外觀焊點品質要求和控制方法

東風汽車技術中心 李維康

上汽通用汽車有限武漢分公司 成 劍

1 外觀焊點的定義及等級分類

所謂汽車的外觀焊點，是指外露在汽車整車產(chǎn)品外觀面上，沒有內(nèi)外飾件遮擋，能夠被客戶目視直觀感受到、對客戶的體驗度和滿意度造成影響的焊點。外觀焊點的品質是車身焊點控制的重中之重，因為它在一定程度上影響客戶對整車的視覺滿意度，是整車評價分值最高的項目之一。隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，客戶對汽車產(chǎn)品的感官品質要求日益提高，汽車制造過程中對外觀焊點的品質把控也越來越嚴格。在汽車行業(yè)競爭愈演愈烈的今天，如何做到造精致車，造精品車，是提升汽車產(chǎn)品核心競爭力的關鍵所在。正因如此，探討外觀焊點的品質的提升才有了更加重要的意義。

一般情況下，按照對客戶感官影響大小的不同，可以將汽車外觀焊點主要定義為以下3種等級類別。

（1）A類外觀焊點。即開啟件全部封閉時，從整車內(nèi)部或者外部可以輕易看到的焊點。此類焊點對整車外觀質量影響較大，因此在產(chǎn)品設計過程中應盡量規(guī)避。

（2）B類外觀焊點。即開啟件全部開啟時，分布于整車腰線附近或者高于腰線以上，在通常身高高度下易視的焊點。一般包括門窗框區(qū)域、門鉸鏈區(qū)域、側圍和門的鎖扣加強件區(qū)域、側圍后流水槽區(qū)域等。此類外觀焊點在開啟件打開時很容易被客戶目視，因此對焊點的品質要求較高。通常情況下，此類焊點要求外表完好，焊點幾乎不可見。如果焊點可見，也要求無鋼板扭曲變形，或者無過深的擠壓印痕。對于多個布局的外觀焊點，要求排列整齊，間距均勻。

（3）C類外觀焊點。即開啟件全部開啟時，在非通常身高高度下可以目視的焊點。一般包括門內(nèi)板下端靠A柱和B柱附近區(qū)域、前后蓋或尾門打開后內(nèi)板區(qū)域等。此類外觀焊點相對于B類外觀焊點的可視性相對較低，根據(jù)車型的檔次不同可以劃分為不同的品質等級。但一般情況下，該等級的焊點要求僅有輕微的凹陷、焊點圓整，沒有鋼板的過度變形。

由于A類外觀焊點分布于開啟件封閉時的外觀表面上，對客戶的感官影響較大，在設計開發(fā)階段就要進行規(guī)避和遮蓋，因此目前整車產(chǎn)品上的外觀焊點主要包括B類和C類兩種，

圖1所示顯示了B類和C類外觀焊點的主要分布區(qū)域。由以上可知，外觀焊點的區(qū)域等級劃分主要根據(jù)客戶在通常身高的目視范圍內(nèi)可以察覺的難易程度所進行區(qū)分。分布在通常身高的目視范圍之內(nèi)的，客戶較易察覺，屬于B類外觀焊點；而高于或者低于通常身高的目視范圍，客戶察覺度相對較低的，則屬于C類外觀焊點。通常情況下，B類外觀焊點的標準要更加嚴于C類。

2 外觀焊點的主要缺陷類型

對于客戶體驗來說，由于外觀焊點主要在目視感官方面產(chǎn)生美觀上的影響，所以區(qū)別于普通焊點的強度要求，外觀焊點的缺陷控制更加注重外觀品質要求。歸結其缺陷種類，主要包括以下幾個方面。

（1）壓痕過深。指過度的焊點凹陷超出了標準要求。

（2）扭曲變形。指焊點局部鋼板變形和扭曲超出了標準要求。

（3）過燒。指焊點局部受熱過多。

（4）燒穿。指焊點中心有燒穿孔。

（5）毛刺焊渣。指焊點邊緣沒有滲入熔化金屬的贅物。

（6）焊接飛濺。指板件上散布于焊點邊緣平鋪的金屬贅物。

（7）粘銅。指焊點表面粘黏的電極帽銅質贅物。

（8）多個焊點間距。當多個外觀焊點線性排列時，其焊點間距應均勻分布。

（9）多個焊點對齊度。對于多個焊點布局排列的外觀焊點，要求焊點排列整齊一致。

表1所列是對于不同等級的外觀焊點，不同缺陷的標準歸納。對于不同的車企和車型，其監(jiān)控標準不同，但整體具備一定參考意義。

圖1 B類和C類外觀焊點的主要分布區(qū)域

表1 不同等級外觀焊點缺陷的合格標準

3 目前外觀焊點品質的行業(yè)現(xiàn)狀

圖2所示為實拍目前市場上多種車型的外觀焊點布局情況，由圖2可以看出，市場車型的外觀焊點主要分布在前蓋和4個門內(nèi)板區(qū)域、側圍門鎖扣區(qū)域、后蓋或后背門打開后的流水槽和密封條附件區(qū)域。

較多合資車企的車型由于較多采用了新型工藝技術，其外觀焊點品質優(yōu)良，排列整齊，無扭曲、壓痕過深等外觀缺陷，甚至有部分車型可以實現(xiàn)外觀焊點不可見，呈現(xiàn)光滑無瑕疵的鈑金表面，其整體感官和目視體驗明顯高于大多數(shù)國產(chǎn)車型。同時，仍有部分車型的外觀焊點存在嚴重的扭曲和壓痕過深等缺陷，客戶體驗相對較差。

由市場統(tǒng)計結果可知，目前市場上汽車產(chǎn)品的外觀焊點的客戶感受度具備較大的提升空間。不斷完善汽車外觀焊點的品質，可以通過產(chǎn)品設計的優(yōu)化及設備工藝的調(diào)整兩種途徑來實現(xiàn)。

4 同步工程中對于外觀焊點缺陷的防范

圖2 實拍目前市場上多種車型的外觀焊點布局情況

所謂同步工程（SE），是指在汽車整車前期開發(fā)的過程中，制造工程師通過仿真分析、虛擬模擬、節(jié)拍分析等技術手段，針對產(chǎn)品的可制造性和可實施性，與產(chǎn)品設計進行交流和交互的過程。通過同步工程，可以在早期防范諸多弊端和缺陷，為后期的整車工業(yè)化過程打下良好的基礎。針對外觀焊點問題，以往較多采用工藝手段或設備技術手段進行改進和提升，卻忽略了在早期同步工程階段的防范。通過同步工程中的改善，可以規(guī)避較多的外觀焊點問題，為后期的質量調(diào)試提升帶來諸多便利。在同步工程過程中，對外觀焊點的關注點可以涵蓋以下幾個方面。

4.1 外飾件遮蔽

通過優(yōu)化產(chǎn)品結構，將外觀焊點的位置改到外飾件可以遮蔽的區(qū)域，使其成為非外觀焊點，直接降低該焊點的品質等級，大大降低工藝調(diào)試難度。例如，較多兩廂車型的后流水槽與側圍外板搭接處都布局有一排外觀焊點，不僅要求外觀平整美觀，而且其直線度和焊點間距也有嚴格的要求，調(diào)試難度極大。圖3a所示為某車型后流水槽與側圍搭接處的一排外觀焊點，存在較嚴重的扭曲現(xiàn)象，對外觀感官影響較大。但是，如果更改流水槽零件的產(chǎn)品結構，使其與側圍外板的焊接面布局在側圍后三角窗處（圖3b和圖3c），這一排外觀焊點就會被三角窗玻璃遮蓋，成為非外觀焊點，其品質要求就會大幅降低。

4.2 結構膠替代

在一些情況下，局部位置的外觀焊點可以采用結構膠代替，在保證整車強度的同時，減少外觀焊點的數(shù)量。圖4a所示為某車型后門框鎖扣處的2個外觀焊點，存在較嚴重的扭曲不平現(xiàn)象。但如果通過使用結構膠替代此處的外觀焊點，不僅降低了工藝調(diào)試難度，而且使此位置外觀面無任何焊點痕跡，反而大幅提升了品質等級（圖4b和圖4c）。

4.3 焊接搭接邊長度及焊接角度

對于外觀焊點，在同步工程過程中需關注其焊接搭接邊的長度和焊接的角度。過短的焊接搭接邊和過小的焊接角度，會導致焊鉗可達性較差，造成無法避免的焊鉗扭曲或半點焊缺陷。相較于非外觀焊點，外觀焊點的焊接搭接邊長度應設置得更大一些，可確保更大的焊接空間以保證更優(yōu)的焊接質量。以通常使用的8 mm斷面電極帽為例，對于非外觀焊點，其要求的焊接翻搭接長度至少應為11 mm，而對于外觀焊點，則建議將搭接邊長度加大至至少14 mm以上。同樣，對于焊接角度也應該進行足夠的關注，在焊鉗模擬中應重點進行外觀焊點的焊鉗通過性仿真，以免后期因焊鉗和夾具的干涉原因造成外觀焊點的扭曲。

圖3 用外飾件遮蔽外觀焊點

圖4 后門框鎖扣處的外觀焊點

4.4 焊接面平整度

對于外觀焊點位置，還應關注其焊接面是否設計為平整面。如果外觀焊點分布在弧面或者造型面上，因焊鉗無法確保垂直，容易造成焊點的扭曲變形。同時，弧面造型也不易布置銅板焊等輔助工藝進行糾正，因為機加工的銅板無法保證與弧面的絕對貼合，從而引發(fā)分流和壓印等其他缺陷，這不僅會提升工業(yè)化進程中的工藝調(diào)試難度，而且對量產(chǎn)后的質量穩(wěn)定性造成極大隱患。如圖5所示，某車型的流水槽區(qū)域焊點因整條焊接邊為弧面（圖5a），所以整排焊點都呈現(xiàn)扭曲狀態(tài)，而另外一車型的同一位置的鈑金件平整，焊點的品質狀態(tài)更加美觀（圖5b）。

總而言之，在同步工程階段就開始關注外觀焊點，可以起到防患于未然的作用，從根本上遏制外觀焊點缺陷的產(chǎn)生。在產(chǎn)品數(shù)模工程發(fā)放階段，應該同時發(fā)放外觀焊點的數(shù)量和布局文件，以便在工藝規(guī)劃階段提早應對，降低后期的工藝調(diào)試難度。

5 提升外觀焊點品質的方法

因為汽車整體造型等原因，有時候在同步工程中反饋的問題并不能全部在產(chǎn)品上進行更改，這時則必須通過一些必要的手段提升外觀焊點的品質。目前汽車焊裝領域對提升外觀焊點有助的方法主要有以下幾種。

5.1 傀儡焊工藝

通常情況下，外觀焊點的品質受電極桿對中性、電極臂與板件的傾斜角度、零件尺寸精度等多項因素影響，因而使用普通的焊接工藝較難提升焊點品質，尤其是在較狹小的空間內(nèi)分布2個或更多個外觀焊點的情況下，由于焊鉗可達性等因素，使得傳統(tǒng)工藝更難確保外觀焊點品質?？芎甘且环N特殊的電阻點焊工藝，用于解決焊接空間不足、焊接操作性差的焊接工藝方法，如圖6所示，它利用外部焊機焊鉗提供焊接電流并控制焊接參數(shù)，并通過銅排、附纜傳輸電流至傀儡焊鉗，傀儡焊鉗壓緊板件形成回路，利用電流流過傀儡焊鉗接頭的接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱進行焊接的方法。由于傀儡焊不受人為因素的影響，可以有效避免因電極臂傾斜和人為操作誤差導致的焊點扭曲、焊點偏斜等缺陷，大幅提升外觀焊點的品質。

圖5 流水槽區(qū)域焊點

5.2 平電極電阻焊

將單邊的傳統(tǒng)電極帽改為使用大曲率半徑的平電極（圖7），以此方式進行焊接，可以在保證焊接強度的同時，使平電極一側的板件形成平整光滑的焊接外觀。需要注意的是，使用單面平電極電阻焊，在調(diào)試時需匹配平電極與板件之間的貼合度，并要求實際裝配間隙小于0.25 mm，否則會使板件產(chǎn)生壓印或者焊接分流缺陷。平電極電阻焊雖然可以獲得較好的外觀質量，但由于采用特殊的電極頭，只能焊接特殊的位置，因此會大大降低焊接設備的多車型共線柔性。同時，對產(chǎn)品的要求也相對較高，一般情況下該工藝不能用在板件存在弧度的區(qū)域，并且要求焊接搭接邊足夠寬。

圖6 電阻點焊和傀儡焊原理

圖7 大曲率半徑的平電極

5.3 銅板焊

針對外觀焊點，制造中以在集成夾具上增加焊接銅板的方式保證焊接外觀質量。焊接銅板可以進行5°～10°的角度浮動。當焊鉗動臂壓在銅板上時，銅板可以貼合在板件上，起到傳遞焊接壓力和電流的作用。由于動臂電極帽壓在銅板上，并未與板件產(chǎn)生直接的壓力接觸，因而會在動臂一側形成平整無壓痕的焊核表面。銅板與夾具的連接方式主要有兩種，一種是通過銅質彈簧片進行連接，另一種是通過過孔螺栓進行裝配連接。兩種方式的目的都是確保銅板實現(xiàn)一定的小角度浮動，從而確保與板件的貼合及焊接壓力的傳遞。與平電極電阻焊類似的是，銅板焊產(chǎn)生的焊接外觀同樣平整光滑，僅在單邊產(chǎn)生電極帽壓印。但是，銅板焊不需要專用的焊鉗電極，僅對局部的夾具進行改造，其焊接柔性更佳。圖8所示為采用焊接銅板工藝后的外觀焊點狀態(tài)，焊點形成了滿足強度的焊核，但銅板一側的焊接表面平整光滑，無凹陷和扭曲。

5.4 Arplas焊接工藝

Arplas（阿普拉斯）焊接是一種基于電阻點焊原理，但采用完全不同于傳統(tǒng)電阻點焊技術的方式和參數(shù)實現(xiàn)焊接的新型連接技術（簡稱為AL-S），旨在減少焊接熱變形和焊點壓痕，Arplas焊采用的是平頭式電極帽，能在極短時間（約4 ms）內(nèi)大電流（約20 kA）脈沖熔化零件完成焊接，能夠大幅減少熱影響區(qū)，降低焊接過程中的熱應力，焊接熱變形和壓痕極小，從而達到減少外觀缺陷的目的，焊接完成后呈現(xiàn)出良好的表面質量。

Arplas焊的工藝原理如圖9所示。為了能夠使能量集中，在焊接之前必須在一個零件上沖出一個凸起，焊接時，該凸起與另一個零件在高電流脈沖下完全熔合。為了減小焊接后壓痕，并且同時保證焊接強度的需求，凸起必須呈現(xiàn)一個特殊的銳利形狀，使之能夠保證在2個工件之間形成符合強度要求的焊點，同時在未加工凸起的那個工件上不留任何痕跡，以此達到外觀焊點的品質要求。但Arplas焊的定位要求高（在焊接時，上下電極與凸臺位置的對中性要求很高）、焊槍通用性差、成本較普通點焊高。

圖9 Arplas焊的工藝原理