汽车白车身焊接公差研究

Auto Manufacture | 汽车制造
汽车白车身焊接公差研究
杨旭乐
北京汽车股份有限公司汽车研究院　北京　101300
摘要：焊接重复性试验可以客观地反应焊接公差的大小。

从焊接重复性试验的开展方法、注意事项、结果判定等方面论述了焊接重复性试验如何进行，并由此说明焊接公差实际可以达到的水平。

关键词：焊接；重复性试验；焊接公差
汽车工业是我国国民经济的支柱产业，随着经济的发展，汽车工业在国民经济中所占的比重越来越大。

当前，用户对汽车外观、性能、安全性、舒适性和性价比的要求都在不断提高，再加上目前汽车产品车型周期短、市场变化快的情况，汽车工业的竞争越来越激烈。

新的形势要求汽车企业具备快速应对市场需求的能力，进一步讲就是需要车企加大对汽车研发和制造能力的研究。

而在汽车研发中，一项重要内容就是整车的设计及制造公差，其可以影响车身结构并可以影响车身制造周期及成本。

焊接重复性试验
随着汽车行业尺寸工程概念的提出，汽车整车及其各级零部件制造公差的理论计算得到发展，至今基本上整车外观间隙面差及各种功能件的装配性均可以在设计阶段进行模拟计算（一维尺寸链计算或者三维尺寸链计算）。

而在白车身及其各级总成尺寸链计算中不可避免需要用到焊接公差，该项公差由于受到的影响因素多，在计算中如何输入一个与实际相符的理论值需要进一步论证。

众所周知，市场上的汽车是一种批量生产的商品，为此引入一个重复性的概念，即希望生产线下线的所有汽车要一致性（重复性）好。

要保证最后产品的一致性，所有的制造工序就必须有同样的要求。

本文重点论述焊接过程的一致性，并由此分析焊接公差的大小。

1.焊接重复性试验
焊接公差的主要来源是夹具装夹公差以及设备焊接公差。

夹具装夹公差包括零件与夹具的孔销浮动，夹具自身的制造公差，夹具活动部件的重复公差等。

设备焊接公差主要是焊接过程产生的公差，计算所取的焊接公差是一个统计值而不是某次焊接的公差值，为此要求夹具的焊接过程稳定，数据一致性好。

衡量焊接过程的一致性可以通过焊接重复性试验，该试验同时也能反映焊接的公差。

（1）夹具装夹重复性焊装夹具在车身生产中的作用是：通过夹具上的定位销（基准销）、S面型块（基准面）、夹紧臂等组件的协调作用，将工件（冲压件或总成件）安装到工艺设定的位置上并夹紧，不让工件活动位移，保证车身焊接精度的一致性和稳定性（见图1）。

焊接过程的重复性试验是一项钣金件打孔试验。

试验用到的工具主要有手电钻、f4.8mm钻头、f5.0mm铰刀，同时试验需要用到焊接夹具及该夹具对应的钣金件一套，并需要用对应的焊接设备进行焊接（见图2）。

试验要求每个零件必须测量6个自由度，对于大
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的零件，每个方向至少需要2个测量点。

零件被定位夹紧固定后，在选择的测量点区域打孔（f 4.8mm ），取出零件，用f 5.0m m 铰头对孔进行铰孔，以便做成标准直径5mm 的孔，然后对每个孔清除毛刺（一般用平挫）。

打孔位置选取要满足几个原则：避开焊点位置；在定位点附近；贴合良好的区域；希望尺寸固化的区域。

零件处理完后装夹放入夹具，测量打孔的实际直径并记录，然后打开夹具，取出零件，再将零件放入夹具夹紧，测量孔的直径并记录。

反复打开夹紧5次，并记录测量值，共6组数据，将后5组数据分别减去第1次测量的初始值，并取绝对值，得到5个差值。

重复性试验进行过程要求能够顺利取出零件，并且零件上的孔和型面没有变形。

零件放入夹具后，首先检查自由状态，对所有不贴合的地方，采用返修零件或临时往间隙中塞垫片的方法完全消除间隙。

通过这种方法，将影响焊接公差波动的非必要因素全部排除，仅考虑正常夹具定位、焊接对公差的影响。

影响焊接公差的必要因素包括零件的质量、工装的精度、工装定位的合理性以及工装是否有效控制零件6个自由度等。

除打孔外，零件部分位置采用划线，同样是反复打开夹紧5次，并记录测量值，共6组数据，将后5组数据分别减去第1次测量的初始值，并取绝对值，得到5个差值。

采用划线的零件部分，一种是高强钢，普通
钻头在其上无法钻孔；另一种是受空间限制，无钻孔的操作空间。

5次测量相减出来的差值即为夹具装夹公差，一般情况下可达到±0.5mm 。

（2）设备焊接重复性 焊接重复性试验的第二部分是焊接设备的重复性。

焊接设备的重复性是在零件最后一次装夹测量钻孔后不打开夹具直接焊接，焊接
后测量钻孔大小，与装夹测量的最后一次值相减，并取绝对值。

该值为焊接公差中焊接过程的公差，也是焊接设备的重复性，一般情况下可以达到±0.3mm 。

焊接重复性试验体现了该副夹具在焊接过程中由于各种影响因素的作用对钣金公差的变化量。

焊接重复性试验在焊接前要求检查焊钳的通过性和靠近性。

通过模拟焊接，检查焊钳的临近情况，排除干涉性，确认焊钳电极帽的垂直度，上下电极的重合度，确认
焊点位置的可达性，并确认有无可能的定位不合理或焊接顺序不合理点。

本试验得到的结果可以作为焊接公差的输入值，其中第一部分包括了孔销浮动、夹具公差、板件的影响，并且是重复性的公差（即代表批量值），第二部分主要是焊接设备的影响。

2.尺寸链优化中的焊接公差优化
尺寸链优化是整车公差研究的重要内容，一般通过结构优化或者公差优化实现。

公差优化即公差缩小，往往需要工艺水平的提升，如缩小焊接公差只能通过工装设备升级而达到，会带来成本的增加。

缩小焊接公差可以通过减小孔销浮动值、减少焊接过程的公差等方面实现，前者需要提升模具、夹具制造精度，后者需要提升焊接设备精度（如工频焊机变更为中频逆变焊机）。

所以在尺寸链环优化中首先要优化的一般不是公差，通常通过结构优化，如断开过长的尺寸链环、减小某项公差的放大系数，达到最终的装配或外观匹配需求提升，是目前行业常用的手段。

结语
汽车车身是汽车的重要组成部分，是汽车其他零部件的基础，而车身焊接又是车身制造最重要的一环，由于其工序中间环节较多，焊装过程中的制造精度保证已经成为汽车工业和学术研究的热点。

图1　钣金焊接夹具及设备
图2　打孔试验钣金。