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品外觀面上，沒有內外飾件遮擋，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。隨著汽車行業的快速發展，客戶對汽車產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，因此在產品設計過程中應盡量規避。

（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。一般包括門窗框區域、門鉸鏈區域、側圍和門的鎖扣加強件區域、側圍后流水槽區域等。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。一般包括門內板下端靠A柱和B柱附近區域、前后蓋或尾門打開后內板區域等。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，在設計開發階段就要進行規避和遮蓋，因此目前整車產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域。由以上可知，外觀焊點的區域等級劃分主要根據客戶在通常身高的目視范圍內可以察覺的難易程度所進行區分。分布在通常身高的目視范圍之內的，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生美觀上的影響，所以區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現狀

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個門內板區域、側圍門鎖扣區域、后蓋或后背門打開后的流水槽和密封條附件區域。

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外觀焊點不可見，呈現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國產車型。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。

由市場統計結果可知，目前市場上汽車產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，可以通過產品設計的優化及設備工藝的調整兩種途徑來實現。

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的過程中，制造工程師通過仿真分析、虛擬模擬、節拍分析等技術手段，針對產品的可制造性和可實施性，與產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，可以規避較多的外觀焊點問題，為后期的質量調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

通過優化產品結構，將外觀焊點的位置改到外飾件可以遮蔽的區域，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象，對外觀感官影響較大。但是，如果更改流水槽零件的產品結構，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，從而引發分流和壓印等其他缺陷，這不僅會提升工業化進程中的工藝調試難度，而且對量產后的質量穩定性造成極大隱患。如圖5所示，某車型的流水槽區域焊點因整條焊接邊為弧面（圖5a），所以整排焊點都呈現扭曲狀態，而另外一車型的同一位置的鈑金件平整，焊點的品質狀態更加美觀（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生。在產品數模工程發放階段，應該同時發放外觀焊點的數量和布局文件，以便在工藝規劃階段提早應對，降低后期的工藝調試難度。

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，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域產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 流水槽區域焊點

5.2 平電極電阻焊

將單邊的傳統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，銅板焊產生的焊接外觀同樣平整光滑，僅在單邊產生電極帽壓印。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，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電阻點焊技術的方式和參數實現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，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