莊明惠 陳莉 中國質量認證中心上海分中心 國家機動車產品質量監督檢驗中心（上海）| 轎車車身總成是轎車的重要部件，其拼裝焊接的水平與質量是影響轎車質量的重要因素。本文針對車身需焊接的四大主要部件，以國際先進的焊接生產線為例，介紹了更高效的拼裝加工方式與焊接方法；此外，通過對國內外汽車製造企業對於焊接尺寸和強度的檢查對比，指出了更嚴格的焊接質量控制方法。 |
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轎車車身總成是轎車承載人員和保護人員安全的重要部件，一般都是在惡劣的環境下進行工作，既要受到廢水、廢氣的侵蝕，又要承受巨大的靜載負荷和衝擊載荷。
目前，國內外汽車企業對轎車車身總成拼裝基本採用激光焊接、多頭自動焊機、焊接機器人、線上測量和混合式拼裝自動線等新技術、新工藝，在保證產品質量和製造工藝簡單的同時，轎車車身拼裝焊接生產線本身投資成本低，生產週期也短。
轎車車身總成拼裝焊接新工藝
轎車車身需要拼裝焊接的部分現主要分為四門兩蓋總成焊接，左、右側圍總成焊接，車身底板發動機艙總成焊接，車身總成拼裝焊接四大塊。
1. 四門兩蓋總成焊接工序
四門兩蓋總成非常獨立又特殊，它既是安全件又是運動件，還是轎車裝飾件。國外汽車企業為提高生產效率，使其外表美觀、產品安全，在門蓋區域部分採用clinch連接方法，通過氣液增力缸式衝壓設備和連接模具，經過衝壓加工，依據板件本身材料的冷擠壓變形，將不同材質不同厚度的兩層板件連接起來。
圖1 門外板與門框加強件焊接照片 |
傳統的點焊連接容易破壞板件表面的鍍層，還會使板件產生熱變形，連接質量無法進行無損傷的檢測。而新工藝對板件表面無要求，連接表面原有的鍍層、漆層不受損傷，連接過程的自動化程度高，並且能進行無損傷連接強度檢測。由於在連接點處材料無撕裂損傷、無應力集中，因此clinch可消除因基準傳遞不一致而產生的尺寸誤差；在夾具正式使用前就充分解決夾具定位結構件的變形誤差，來減少對產品尺寸精度的影響，達到零件與零件裝配協調性，和外觀質量及整車裝配速度等問題，實現極高的動態連接強度。
2. 左、右側圍總成焊接工序
由於轎車左、右側圍總成設計結構複雜，國外汽車企業原來是用移動式點焊槍進行手工焊接。但為提高生產效率，國外汽車企業對移動式點焊槍作了設計改進，以減少焊接總次數，達到能夠自動焊接；同時對左、右側圍總成焊接線進行改造，安裝轉盤式輸送機和可交替動作的左、右側圍焊接夾具，實現一面自動裝夾，一面自動焊接，一面使零部件按規定生產節拍用機械傳送帶搬運。用於拼裝的所有自動焊機都裝有電子眼，可防止自動焊機的意外操作。
內外總拼是通過同一工位進行兩次操作來完成的。首先在內總拼工位搭建車身骨架，然後再將外側圍覆蓋於骨架之上完成外總拼。這就好比給車子穿上一層外衣，設計新車型時，只需更改外側圍及其他外覆蓋件即可。
圖2 內總拼工位定位焊裝照片 |
這種加工方式不但可提高生產效率，而且可有效降低由於兩次定位焊接和工件轉移所造成的尺寸誤差。在焊接工藝方面由於車身同一工位兩次總拼一次焊接，將減少或避免多層板焊點的出現，提高了焊點的穩定性，也有利於減小焊槍氣缸體積，從而提高機器人柔性。這種設計方式將大幅度提高車輛在設計製造新車型方面的柔性生產能力，降低新車型的投入成本，並可大幅度縮短新車型的製造週期。
3. 車身底板發動機艙總成焊接工序
車身底板發動機艙總成是轎車車身總成的關鍵部件，國外汽車企業車身底板發動機艙總成焊接運送系統是採用傳送線式，工作間用吊鉤沿架空道輸送、提升及下降。
它的焊接拼裝是在有五個工位的移動式拼裝臺上完成的，其間互有軌道連接，要焊接的零部件在移動輸送帶上自動定位和夾緊，再通過動力驅動輸送帶送到工位。第一和第三工位主要是將各零部件通過液壓夾具來定位、夾緊，第二和第四工位通過多台自動焊接機器人用激光焊接分別完成底板和發動機艙的焊接；第五工位通過多台自動焊接機器人將完成焊接的底板和發動機艙合攏後激光焊接，再將該總成通過動力驅動輸送帶送到車身總成拼裝焊接生產線。
在典型的底板電阻點焊應用中，機器人攜帶焊槍從零件不同的位置進行焊接。為了達到底板中部拱形區域的焊點，焊槍的喉深和喉寬必須有足夠空間避開零件的乾涉，完成該區域的焊接。因此傳統的底板區域焊槍會顯得十分巨大、沉重，且機器人移動的時候非常笨重，很不方便。
圖3 底板工位焊裝照片 |
採用可編程的底板電阻點焊接方式，相同時間內可以增加可焊焊點數量30%，還能顯著減少車間現場的佔地面積，並降低焊槍的維護成本，減少焊接設備數量，縮短系統建立和調試的週期。同時底板電阻點焊接是利用兩台機器人將焊槍的上下電極臂分開，其中1台機器人為主機，另外1台為從機。機器人控制可保證電極的對中性。底板電阻點焊接方法成本低且柔性好。兩套底板電阻點焊接設備可以滿足車身通道上位置較複雜焊點焊接。
4. 車身總成拼裝焊接工序
國外汽車企業轎車車身總成焊接運送系統也採用傳送線式，工作間用吊鉤沿架空道輸送、提升及下降，各分裝組之間的定位誤差允許值也約為1毫米。車身總成拼裝是採用自動線，可自動定位、自動夾緊、自動裝卸。
車身總成拼裝是在移動式車身總成拼裝臺上進行的，這台設備共有8個工位元，移動輸送帶由於採用大馬力機械輸送裝置，能在8秒鐘內完成自動定位，從而使車身總成拼裝台能在規定的工位中正確定位和夾緊。當這些總成都定位和夾緊完畢，就開始對車身總成車身的關鍵部位按規定焊接要求進行焊縫焊接。
為保證車身總成有足夠的剛度，和車身結構尺寸有足夠的精度，車身的1600個焊縫有90%以上由70餘台自動焊接機器人焊接，其中有40餘台是五軸自動焊接機器人，每台自動焊接機器人每小時可焊2000條焊縫，其焊接方式是激光焊接，激光光束將車頂的邊緣與側圍板材焊接在一起，單側形成長達1600mm的連續焊縫，因而能保證焊縫質量。
而且，激光焊接在滿足生產工藝的同時，又能提高焊接強度，且焊縫平整光滑，極其美觀。每次焊接前，機器人需要通過測量來得知焊縫的起始和結束點；在焊接過程中，機器人還需即時跟蹤車頂邊緣的位置，以保證焊縫的位置正好在車頂的邊緣和側圍的搭接處。
激光焊接代表車身製造先進工藝，而激光邊緣焊更是激光焊中最先進的技術之一。拼裝線上裝配速度為每小時100台，比其他汽車裝配線平均速度高50%。完成車身結構尺寸規定定位焊縫的焊接後，這些隨行夾具將自動移去，車身總成離開移動式車身總成拼裝線進入專用輸送系統。
圖4 車頂激光焊照片 |
在專用輸送系統兩邊有多台自動焊機來完成車身總成其餘焊縫的焊接，每台自動焊機都按規定的程序正確地重複一系列規定動作指令，其焊接方式也是激光焊接，完成全部焊接指令後，車身總成自動進行車門等部件裝配，然後進入油漆車間。
轎車車身總成拼裝焊接的質量控制
轎車車身主要部分拼裝焊接的質量控制方法，有以下幾種。
1. 焊接強度檢查
關於焊點的焊接強度，一般採用焊接非破壞性檢查、焊接破壞性檢查和超聲波檢查等方法，並由破壞性試驗室來控制這些評定並分析這些評定數據。
① 焊接非破壞性檢查
按照鑿檢圖要求的頻次、方法、判定準則對焊點質量的評定，該檢查一般由操作工人完成。
每天對這些總成焊接件，按照規定頻次先清理焊點數目和外觀質量是否符合規定, 然後將專用鑿子插入規定檢查的焊點3-10mm處，到焊點內端平後，就上下扳動鑿子，檢查焊點是否鬆動，接著拔出鑿子，用0.5-1鎊錘子還原零件，如果焊點鬆動，就對缺陷的焊點填寫說明缺陷部位及種類的缺陷記錄。
②焊接破壞性檢查
按照焊接破壞性作業指導書的規定項目、頻次和要求，對這些總成焊點質量進行判定，一般是由經過專門培訓的檢驗員完成。
檢查方法就是利用液壓張力鉗或氣動鑿子將這些產品所有焊點全部撕開，對母材上留下的撕洞和焊核進行檢查，對撕洞檢查是否燒穿、是否存在不可接受的焊接裂紋等缺陷；對焊核是用遊標卡尺檢查其尺寸，如符合標準要求，則此焊點為合格，否則為不合格，則對缺陷焊點填寫說明缺陷部位及種類的缺陷記錄。
② 超聲波技術檢查
國外汽車企業近期已廣泛採用超聲波技術來檢查焊點質量，該類檢查應由經過專門培訓的檢驗員完成。這種方法就是技術人員先根據各種不同總成的板材配置，設計不同檢測計劃，檢驗人員只要根據不同總成，按照檢測計劃要求將超聲波檢測儀放置到該被檢測總成，就能檢查出被檢測總成的焊點質量。必須注意的是，超聲波檢測儀開始操作時，先要核對檢測程序是否正確，再要檢查檢測儀外接設備是否正常，才能實施操作。
2. 焊接尺寸檢查
關於焊接尺寸，一般應用總成檢測標準樣架、柔性檢具、激光測量儀和懸臂三座標測量儀來檢測，並由三座標測試室來控制這些檢測和分析這些檢測數據。
① 標準樣架
四門兩蓋總成的焊接尺寸是否符合規定，一般用標準樣架來進行抽樣檢驗，標準樣架根據轎車四門兩蓋總成的外形尺寸和裝配要求設計製造。而且，對這些總成標準樣架的測量點要定期檢定，每天還要用標準樣件對測量點進行校正，有關人員對總成尺寸的檢測結果、樣架測量點的檢定結果和樣架測量點的校正結果，按規定進行記錄和分析。
② 柔性檢具
車身底板發動機艙總成和左、右側圍總成的外形複雜，製造和使用標準樣架難度較大。國外汽車企業一般採用柔性檢具來檢測這些總成的焊接尺寸。柔性檢具在使用前由專門電腦軟件工程師編制操作程序，檢驗人員必須嚴格按操作程序實施，工程技術人員根據採集數據對程序進行修正後，完成最佳程序提供使用，定期分析採集數據。
③ 激光測量儀和懸臂三坐標測量儀
國內轎車生產企業多採用懸臂三座標測量儀，檢測轎車車身總成焊接尺寸。由於轎車車身總成要測量的數據有3000個左右，測量週期較長，因此，其測量頻次難以提高，對產品焊接尺寸變化就無法進行有效控制。
目前，國外轎車企業已廣泛採用激光測量儀來對製造的白車身進行100%線上測量，通過安裝在機器人上的激光測頭和照相機對白車身上的面、孔和槽進行採樣和測量。這比之前採用的三座標測量抽檢白車身的質量水平又有較大提高, 同時具有測量時間短、100% 測量、即時偏差檢測、即時報警等優勢。
圖5 在線測量 |
通過線上測量系統和三座標測量的優勢互補，可以更好地掌握白車身的尺寸狀態，提高了白車身的尺寸質量。線上測量系統在使用前也必須由專門電腦軟件工程師編制操作程序，檢驗人員必須嚴格按操作程序實施，工程技術人員根據採集數據對程序進行修正後，完成最佳程序提供使用，並定期分析採集數據。
必須注意，每批轎車的各類總成檢測採集到的數據應是在相同生產工藝狀況下完成的，並保持每批轎車各類總成的生產批號。經檢驗合格的各類總成應按批號建立發放記錄，以備追溯性檢查使用。凡在檢驗中發現各類總成的缺陷產品，必須按生產批號做好檢驗記錄和匯總分析，同時由相關部門制訂糾正措施和進行質量改進。
可見，車身總成拼裝工藝是一個不斷更新、發展的技術領域，隨著國內外汽車企業對轎車拼裝工藝研究的不斷深入，針對產品質量問題進行原因分析和制定相應的質量改進措施，轎車拼裝技術水平必將不斷提高。
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