焊接与汽车车身结构

焊接与车身结构
作为汽车车身产品结构与焊接之间是相辅相成的，好的产品结构，在满足强度和功能的基础上，焊接工艺相对简单，实施较为容易，而车身结构又与装配关系息息相关，目前我们在前期同步工程中针对产品本身主要需处理的两大类工作：一为车身装配关系，二为车身焊接工艺性。

车身装配关系关系到生产线的长度、生产组织方式，物流储运等，以下重点就车身结构与装配关系作一描述。

一车身结构
从车身结构上划分，车身分承载式车身、半承载式车身、非承载式车身三类。

第一类：非承载式车身
卡车、大中型客车、越野车等车身通常采用非承载式车身，有独立的车架，车架与车身之间通过装配形式连接。

车架部分采用铆接、弧焊、电阻点焊方式连接的都有，弧焊方式居多，并且单独进行涂装，而后在总装与车身相互连接；而车身本体部分因车型相异而截然不同，客车多为骨架蒙皮式，由车身骨架加上外覆盖件组成，因而采用电阻点焊＋铆接方式的居多，卡车由驾驶舱和车厢组成，驾驶舱多采用电阻点焊方式，车厢采用电阻点焊＋弧焊的连接方式，越野车类似于轿车，车身本体由各块装焊，多采用电阻点焊，如现规划中的P11车型，属于越野车。

第二类：承载式车身
轿车（专指乘用车）车身通常为承载式车身，没有独立的车架，悬架装置直接装配于车身轮罩上，如现生产的A11、B11、规划中的M11、B12等车型，车身在总拼时按照模块化生产一般包括侧围、地板、顶盖、后围等，因车型的不同，在局部构成上有较大区别，在焊接方式上大都采用电阻点焊，零星位置采用弧焊。

第三类：半承载式车身
半承载式车身介于承载与非承载之间，一般在车身后半部有单独的车架构成，但与承载式车身不同的是，此车架在焊装即与车身焊接形成一个整体，随着汽车设计的发展，有无单独的车架概念已越来越模糊，但是否为半承载式的一个根本性的标准，是判断后部悬架装置是装配在轮罩上还是车架上，小型客车、面包车、SUV、MPV通常为半承载式车身，如规划中的A18、B13等车型，其模块化组成与承载式轿车基本相同，焊接方式大都采用电阻点焊，零星位置采用弧焊连接。

二车身装焊组成
除卡车、大中型客车车身结构组成迥然、其它类型车如面包车、小型客车、轿车、SUV、MPV、越野车等在车身本体（不包含车架）组成上大同小异，作为一些大的焊接总成组焊原则，如车身总成、地板总成因大都采用流水线生产输送方式，为达到柔性好、共用性强、投资小的目的，要求在这些总成工位尽可能实现一次装焊、分步焊接，零件上线工位尽可能少。

以下主要就轿车车身装焊各模块组成做一介绍。

1、车身总成
通常车身总成由侧围总成、地板总成、顶盖总成、后围总成、包裹架总成等共五块构成，再增焊部分小件（如前围左右加强件），但因为各车型的设计不同而相异。

A 、包裹架总成（焊接件）
越野车、两厢车、舱背式三厢车、SUV 、小型客车、面包车、MPV 就没有包裹架总成，只有传统的三厢车有包裹架总成。

B 、后围总成
部分车型后围总成与车身下部联成一体。

C 、顶盖总成
顶盖总成上线分两种形式，一种为分步上线，即顶盖前横梁、后横梁先与车身焊接，而后顶盖与车身焊接，也有所有顶盖横梁先与车身焊接，再焊接顶盖的形式；另一种为整体上线，顶盖与横梁形成一个整体，再与车身焊接，采用此方式通常侧围与顶盖横梁形成的空腔内的焊点很难处理，因为顶盖不能开焊接工艺孔，而横梁开焊接工艺孔对强度影响较大，且焊接困难，部分车型采用CO 2焊连接，也有采用螺栓连接的，但对此处强度都有损失，随着国家法规的加强，越来越多的车型抛弃了顶盖模块化生产方式，而采用第一种焊接上线方式。

D 、空气盒总成
空气盒总成在日系车中习惯于在车身总成位置焊接，有很多车型也把它放在发动机舱总成焊接，越来越多的事实表明，将空气盒总成放在车身总成上焊接，空气盒的高低、前后位置精度较差，随之影响发动机盖、前翼子板的装配，对发动机盖、前翼子板的面差影响突出，类似车型有B11、BLUEBIRD ，后续调整工作量较大。

E 、侧围总成
侧围总成大都采用整体上线，即侧围内、外板合成一个整体，但也有部分车型侧围内、外板在车身总成上分步上线，同时顶盖横梁配合与侧围内板先共同焊接，这种上线方式单纯的从焊接实现角度考虑，较容易实现，但需在车身总成部位设置两套大型夹具，而且内板的强度问题也值得商榷，在模块化生产的道路上，只要不是强度及功能的必须要求，生产组织方式会变得越来越简单，因此侧围分步上线方案被逐渐摒弃。

F 、地板总成
地板总成是车身总成的一个基础，承载式轿车地板多采用图1结构，半承载式轿车地板多采用图2结构，因此相对图1车身底盘较低，图2底牌较高，若按此两种车型共线生产，共线生产困难较大，投资较大。

为满足节拍的要求，很多车型在车身组焊前都设置预装工位，以减少夹具的投入，提高生产效
图1
图2
率，因此在车身结构设计上，侧围与地板的搭接，前、后顶横梁与侧围的搭接都要增加相应的搭扣设计，当然应结构需要，也可采用孔配合、销连接的支撑连接设计。

2、侧围模块
A、侧围总成
侧围总成由侧围内板、侧围外板、后轮罩三大部分组成，在此模块组成内变化最大的是后轮罩，依车型不同，装配顺序也不同，主要有三种装焊方式，其一是：后内轮罩与地板焊接组成，后外轮罩与侧围合成侧围总成，再进行组焊；其二是：后内、外轮罩形成轮罩总成，与地板焊接形成总成，侧围部分没有后轮罩；其三是：后内外轮罩形成轮罩总成，与侧围连接，而地板总成上没有后轮罩，在这三种方式中，半承载式车身（MPV、SUV、轻型客车等）采用方式一的居多，焊接实现难度低；承载式与非承载式车身采用第二、第三种方式的都有，采用方式二焊接实现相对容易，而采用方式三焊接实现难度较高，劳动强度大，通常采用机器人焊接，较方式二后悬位置精度相对要低，后风窗框尺寸控制要好。

B、侧围内板总成
侧围内板总成的形成有两种方案，一种为形成一个侧围内板总成整体，另一种是侧围内板分块，形成后轮罩总成、前门框加强板（包括A柱、B柱铰链加强板）、侧围内盖板（包括B柱内板、前后门框上内板）三块，依节拍要求在侧围总成上分步上线，两种方案相比较，前一种是以侧围内板、侧围外板两条线为核心集成模块化生产，再进行拼装，后一种是以侧围外板一条线为核心集成模块化生产，生产组织方式相对简单，但覆盖件工艺流程较方案一增长，为解决此矛盾，以及降低操作难度，前、后门框一圈的焊点在侧围总成上进行点定，在车身合装主线上补焊实现，减少外覆盖件工艺流程，所以后一种方案已越来越多被汽车厂家所采用。

3、地板模块
地板总成由发动机舱总成、前地板总成、后地板总成三大块组成，另增焊门槛等件，而半承载式车身与有、无承载式车身在装焊组成上有明显区别。

非承载式车身地板相对承载式要简单的多，但均可以按照三大块组成来进行组焊，在装配搭接顺序上，发动机舱总成、后地板总成先装配，而后装配前地板总成。

A、发动机舱总成
发动机舱总成由前纵梁＋前轮罩的合件、前挡板总成、散热器支架总成、空气盒总成四个部分组成，除空气盒总成是在发动机舱工位还是在车身总成工位焊接，其余部分在各车型中基本上是完全一致的，关于空气盒总成焊接工位变化的影响在车身总成分析中已说明，不再赘述。

B、前地板总成
前地板总成由中纵梁、中通道、前地板面板及座椅支架等组成。

C、后地板总成
后地板总成由后纵梁、后地板面板总成，部分车型根据生产线需要增焊后轮罩、后围板总成。

但随着汽车法规强度越来越严格的要求，在纵梁搭接位置增加了加强板设计，于是三大块搭接缝焊接处理变得更加困难，在结构分块上中纵梁从前地板总成中分离出来，发动机舱总成、后地板总成、中纵梁及其加强板焊接形成车身下部骨架，再焊接前地板面板、门槛等零件。

半承载式车身地板根据有无侧滑门（或者说有无踏步板）而区分，是形成前、后地板总成还是前、后车架（包括后围总成），从强度设计角度来说，踏步板位于前、后车架搭接缝中间，在地板面板之下，与车身骨架相连，因此有侧滑门半承载式车身下部装焊顺序为，发动机舱总成与后车架、前车架拼合成车身下部骨架，再依次焊接踏步板总成，前、后地板面板、门槛总成和后内轮罩，因此焊接工位数量相对要多，零件上线工位相对要多，车身下部焊接线相对要长。

而无侧滑门半承载式车身，车身装焊顺序可按有侧滑门形式进行，也可按非承载式车身进行，要根据所在的生产线和车身地板结构具体分析。

4、“四门两盖”
根据车型的不同，外装覆盖件部分所含内容也不同，包括发动机盖、前翼子板、前门、后门、侧滑门、尾门、尾箱等，采用的装焊方式基本为：点焊→包边→点焊（或弧焊）→装配，但为减少外板件的焊接、储运、装配工程中的磕碰伤，应尽可能减少外覆盖件的工艺流程，外覆盖件的最短工艺流程为包边→装配，一般外板件的工艺流程不能超过四道工序（包括凸焊、夹具上点焊、弧焊、装配），最好控制在三道或三道工序以内，避免大型板件（极限尺寸超过1m）凸焊。

三车身焊接
1、车身焊接的难点位置
A、前挡板与前地板搭接处
由于冲压不能实现搭接处前挡板结构深度要求，且此处需要加强，因此导致了该位置人工点焊较为困难。

B、后内轮罩与后地板搭接处
此处搭接缝隙大、零件材料厚，连接强度要求高，受空间限制，人工点焊实现困难。

C、侧滑门上滑轨上方顶盖与侧围搭接处
此处受上滑轨零件遮挡，焊接空间狭小，无论是人工焊接，还是机械焊接，难以实现。

D、后顶横梁与侧围搭接处
由于搭接零件较多，焊接空间受限，点焊实现困难，经常会出现三层以上板料搭接。

A、B两处可通过机器人焊接，降低焊接强度，需要考虑焊钳进出空间，还要避免与夹具干涉；
C、D两处必须在结构上设计改善，实现点焊要求。

2、车身点焊的板厚、搭接要求
A、板厚要求
≥440MPa高强度钢板以双面镀锌钢板计，超出以上范围的钢板搭接，要求采用固定点焊或弧焊连接实现。

B、三层板搭接顺序要求
考虑到三层板搭接点焊过程中焊核偏移对焊接质量的影响，在设计过程中尽量采用搭接形式①。

3、弧焊要求
弧焊每段焊缝长度控制在20mm以内，要求尽可能实现塞焊连接形式，在相应零件上开圆孔或椭圆孔，不可采用长距离、不间断弧焊连接，以防止焊接后翘曲、变形。

为减少零件变形，车身外覆盖件弧焊，车身A级、B级面弧焊均采用MIG氩弧铜焊形式。

弧焊焊接位置不可设计在板厚小于0.8mm以下零件处，以防止焊接熔穿。

4、螺母凸焊板厚要求
由于凸焊螺母为标准件设计，螺母凸台大小固定，不能随零件板厚而进行选择，为保证螺母凸焊质量，因此对凸焊螺母大小与所焊零件料厚对应关系做以下规定：
四车身定位
1、定位孔大小要求
2、零件定位形式
零件基本定位形式采用圆孔＋椭圆孔的定位形式，所用定位销采用圆销，零件定位孔所在面需为平面设计，不可在曲面上，切要考虑定位支撑强度
3、凸焊螺母、螺钉对应零件孔径和凸焊平台要求
五车身装配基本工艺流程
1、普通轿车
A、车身装配（调整线）
B、车身总成装焊后门
前翼子板
包裹架
车身下部
后围板前围侧加强板
若结构、强度允许，顶盖与前后顶
横梁合成一个整体上线也可以，作
C、车身下部装焊
D、发动机舱装焊
E、前地板装焊
F、后地板装焊中纵梁加强板
门槛
轮罩
散热器支架
前挡板上连接板
前挡板下连接板
后纵梁
后纵梁前横梁
后纵梁后横梁后地板前部
后围板
G 、侧围装焊
作为普通两厢、三厢式轿车基本装配关系如上，在局部位置零件会调整，同时根据生产线的设计，生产纲领的要求、大型通用工装设备的工作方式，装配关系需要做部分适应性调整，如侧围与地板，侧围与顶盖的搭接搭扣设计，在进行车身预装时是非常有用的，在直接上线的车身夹具上是多余的，当然还存在更好的设计，通用性更强。

尾灯支架
侧围内板后轮罩总成。