白車車身結(jié)構(gòu)及焊接工藝分析

摘要：文章對焊接理論做了基礎(chǔ)介紹，然后引申出目前主機(jī)廠最常用的點(diǎn)焊、凸焊、二氧化碳焊、螺柱焊等四種焊接工藝形式，并對每種焊接工藝的焊接原理、方法、工藝特點(diǎn)做了重點(diǎn)分析。通過文章的總結(jié)可以對白車身結(jié)構(gòu)的焊接工藝有一個宏觀的認(rèn)知和全局上的把握，為今后的白車身結(jié)構(gòu)焊接工藝實(shí)踐打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1 白車身結(jié)構(gòu)分類與特點(diǎn)

世界上第一輛汽車是德國人 KarlBenz 于 1886 年發(fā)明，因最初的汽車車身是由馬車改造而來，所以很長一段時間內(nèi)汽車的車身結(jié)構(gòu)沿用了馬車車身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。所使用的車身都是采用非承載式的車身設(shè)計(jì)，直到 1922 年由 Lancia 汽車公司設(shè)計(jì)的“蘭伯達(dá)”轎車首次采用承載式車身結(jié)構(gòu)。到今天為止隨著技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，現(xiàn)在的乘用車車身結(jié)構(gòu)大致分為三種：承載式車身、非承載式車身和半承載式車身。

承載式車身特點(diǎn)：無車架，車身強(qiáng)度和剛度主要由底板、骨架焊接而成框式結(jié)構(gòu)來保證，整個車身所有結(jié)構(gòu)件均參與承載車身重量。

非承載式車身特點(diǎn)：有獨(dú)立的車架，車身用彈簧或橡膠墊彈性地固定在車架上，承載主體是車架，車身只承受所載人員和行李的重量。

半承載車身特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)與非承載式車身基本相同，也是屬于有車架式的，它們之間的區(qū)別在于：車身和車架的連接不是柔性的而是剛性連接。一般轎車都采用承載式車身結(jié)構(gòu)，本文所論及的白車身都是針對承載式車身而言。承載式車身的出現(xiàn)解決了在工業(yè)化生產(chǎn)時非承載式車身逐漸暴露出來的缺點(diǎn)。由于承載式車身為單體結(jié)構(gòu)，在碰撞時所有的力量會傳遞至整個車身，所以承載式車身在車頭位置設(shè)計(jì)了潰縮吸能區(qū)，通過整車框架結(jié)構(gòu)來將沖擊力進(jìn)行分散和傳導(dǎo)，這些位置會在盡可能輕量化的情況下設(shè)計(jì)成不同的質(zhì)量和形狀來承受特定方向的力，車身的重量就會輕于非承載式車身的大梁式結(jié)構(gòu)，使它對現(xiàn)在極力倡導(dǎo)的車輛節(jié)油性、降低排量有很大的幫助；其次，承載式車身雖然是單體結(jié)構(gòu)，但在制造過程中則是由不同部位的組件焊接而成，所以它能實(shí)現(xiàn)快速的批量化生產(chǎn)方式，進(jìn)一步降低了生產(chǎn)制造過程中的成本，符合現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)的需求，尤其對提高產(chǎn)能有很大的促進(jìn)作用。

2 白車身結(jié)構(gòu)焊接工藝性

對于白車身結(jié)構(gòu)焊接來說，工藝性就是指具有良好的焊接性能。焊接性能是指焊材在一定工藝與結(jié)構(gòu)下，能獲得良好焊接結(jié)構(gòu)與形式的難易程度。焊接性能包括物理焊接性和工藝焊接性，物理焊接性是指金屬能與同種或異種金屬結(jié)合的能力；工藝焊接性是指選取不同工藝參數(shù)和措施獲得良好接頭能力。

2.1 焊接材料的選擇

焊接材料的選擇直接關(guān)系到焊接結(jié)構(gòu)工藝性的好壞，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時不僅要考慮到材料的使用性能，還要考慮該材料的加工及焊接工藝性。對于汽車制造業(yè)來說，材料是汽車成本中占用最大的一項(xiàng)，因此對材料的選擇不能只考慮高強(qiáng)度、高質(zhì)量，還應(yīng)考慮制造成本、制造周期。

對于汽車行業(yè)來說，焊接材料主要是指低碳冷扎鋼板，焊接性較好，但隨著汽車的環(huán)保和低碳要求，車身開始使用越來越多鎂鋁合金、碳纖維，對這些材料的選擇應(yīng)持慎重態(tài)度。

2.2 焊接接頭形式

焊接接頭的主要基本形式有四種：對接接頭、T 型接頭、角接接頭和搭接接頭。對于汽車白車身焊接來說，主要采用的是搭接接頭和對接接頭。采用搭接接頭的零件如果靠近零件邊緣，且周圍無其他結(jié)構(gòu)阻擋，可在固定點(diǎn)焊機(jī)上焊接；如果零件較大，焊點(diǎn)距離邊緣超過 200mm，需要采用懸掛點(diǎn)焊機(jī)進(jìn)行操作。對于對接接頭，需考慮焊點(diǎn)與零件立面結(jié)構(gòu)的距離，否則易引起焊鉗與零件的干涉。對于涉及車身外觀的焊接，由于可能會產(chǎn)生焊接變形而影響外觀品質(zhì)，可以通過增加鎘鎬銅墊片消除變形。

2.3 焊接接頭厚度

焊接接頭厚度直接影響到焊接的工藝性，厚度過大增加焊接件的重量，延長熱處理時間，而且在加熱不均的時候容易產(chǎn)生裂紋；當(dāng)接頭太薄時，材料又容易被擊穿。所以為提高焊接質(zhì)量，在設(shè)計(jì)時應(yīng)盡可能采用統(tǒng)一的幾種厚度板材，在統(tǒng)一結(jié)構(gòu)上盡量采用同一厚度材料，如受條件限制厚度不能相同時，兩個相連零件厚度差別不能大于 1：3，否則接頭處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中。

2.4 焊縫的布置

焊縫是指兩零件焊接完成后形成的溶合連接部分，焊縫布置對焊接結(jié)構(gòu)工藝性有著重要影響。合理的焊縫布置可以減少應(yīng)力和變形，提高零件的安全性，焊縫的布置一般遵循以下原則：

（1）減少焊縫數(shù)量和長度。

（2）焊縫盡量左右對稱。

（3）避免交叉焊接。

（4）避免焊縫布置在零件圓角等應(yīng)力集中處。

3 白車身結(jié)構(gòu)常用焊接工藝方法

汽車白車身是由 300～500 個薄板沖壓件通過焊接裝配形成一個車體總成，焊接工藝對白車身非常關(guān)鍵，是車身制造工藝中重要組成部分。目前車身的沖壓件大都采用焊接性能良好的低碳鋼，所以焊接工藝成為白車身構(gòu)成的最重要連接方式。白車身焊接工藝連接方法有很多種，常見的有點(diǎn)焊、凸焊、二氧化碳焊、螺柱焊等，每種工藝均有專門適用場合，現(xiàn)分別介紹如下：

其一，點(diǎn)焊焊接工藝。點(diǎn)焊是通過電極間的壓力將需要連接的板件緊密壓緊，然后對其通電，電流流經(jīng)上下電極并穿過板件時產(chǎn)生電阻熱使板件融合為一體的一種焊接工藝。

其二，凸焊焊接工藝。凸焊是在標(biāo)準(zhǔn)件上預(yù)先加工出 3～4凸點(diǎn)，使其與凸焊連接件表面相接觸，加壓并通電加熱，凸點(diǎn)被壓潰使接觸點(diǎn)與凸焊連接件連為一體的焊接方法，凸焊標(biāo)準(zhǔn)件按形態(tài)分為凸焊螺栓和凸焊螺母兩類每種又根據(jù)公稱直徑的不同又分為若干系列。考慮到焊接質(zhì)量，在現(xiàn)有白車身凸焊螺母中，凸點(diǎn)數(shù)量以四個居多，而凸焊螺栓則一般為三個即可滿足焊接質(zhì)量要求。與點(diǎn)焊類似，凸焊工藝也需要設(shè)置工藝參數(shù)。其三，二氧化碳氣體保護(hù)焊。二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊是采用二氧化碳作為保護(hù)氣介質(zhì)的氣體保護(hù)電弧焊。在進(jìn)行二氧化碳焊接時首先由焊槍噴射二氧化碳?xì)怏w作為保護(hù)氣，將空氣與焊接區(qū)域分隔；并利用焊絲與被焊工件之間產(chǎn)生的電弧來溶解金屬，從而達(dá)到被焊板件在二氧化碳?xì)怏w的保護(hù)下的平穩(wěn)、優(yōu)質(zhì)焊接。二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊是使用焊絲來代替焊條，經(jīng)送絲輪通過送絲軟管送到焊槍，經(jīng)導(dǎo)電阻導(dǎo)電，在二氧化碳?xì)怏w中與板件之間產(chǎn)生電弧，靠產(chǎn)生的電弧熱量進(jìn)行焊接。其四，螺柱焊接是在螺柱的端面與另一薄板工件之間利用電弧熱使之熔化并施加壓力完成連接的焊接方法。它兼具熔焊和壓焊特征，是一種加壓熔焊。螺柱焊與凸焊的區(qū)別：凸焊屬于電阻焊范疇，而螺柱焊有弧焊和壓力焊雙重屬性。