何金蓉

摘 要：针对翼子板安装点Y向偏差的问题，介绍了焊接顺序对尺寸搭接影响的产生机理，提出了在不更改设计结构的前提下，通过优化焊接顺序，达到将搭接结构由对接形式变为类似搭接形式的效果，消除尺寸偏差累积。验证结果表明，翼子板安装点Y向偏差问题得到有效解决。可为汽车白车身搭接结构设计、焊接工艺设计提供参考借鉴。

关键词：焊接顺序;搭接形式;翼子板安装点

1 引言

随着中国汽车市场的不断下滑，自2018年以来中国汽车市场已经连续两年出现负增长[1]，汽车各企业之间面临愈加激烈的竞争，为了在汽车市场竞争中拥有更强的竞争力，各主机厂对汽车生产线的高节拍、高柔性能力要求越来越突出。要达到缩减生产制造成本，提高生产效率的效果，需要各企业在工艺规划上对生产线节拍不断优化提升[2]。而要提高生产节拍，机器人自动焊接的轨迹优化显得尤为重要。通过选取最佳的机器人焊接路径，有利于缩短焊接时间，提高生产效率，节约生产成本[3]。然而在实际生产制造过程中工艺规划仅重点对焊点的布局及焊接效率有较高的要求，常常忽略了焊接顺序对焊接尺寸质量的影响。在实际生产制造过程中我们发现，同样的焊点布局使用不同的焊接顺序，白车身焊接后的尺寸结果有不同的表现。

本文以翼子板安装点Y向偏差问题为研究载体，通过主机厂的生产制造实践经验，分析焊接顺序对尺寸搭接的影响，并提出改善措施，以期为白车身焊接工艺设计提供参考借鉴。

2 焊接顺序对尺寸搭接的影响

为了保证各零件之间焊接后的整体强度，相邻零件的搭接部位通常设计成是多个方向的接触面焊接。以两个L型零件搭接为例，板件1在Y方向上出现了焊接偏差，偏离了理论值，板件2通过工装夹具定位面定位，理论位置如图1（a）所示，此时板件2定位符合理论，焊接Z方向焊点后可保证板件2焊接后定位合理;若如图1（b）所示先焊接Y方向焊点，板件2会跟随板件1在Y方向上发生偏移，此时再焊接Z方向焊点后定位出现偏差，后续以板件2为定位基准的零件会因此产生偏差的连锁反应。

3 翼子板安装点偏差机理分析

钣金搭接的实际尺寸除了与钣金的理论厚度尺寸有关，还与零件表面的轮廓尺寸有关，两零件搭接的实际厚度通常大于理论状态的厚度，再加上焊点焊接时的变形，实际厚度再一次出现变化，因此多层钣金零件搭接时，总体尺寸一般有变大趋势[4]。搭接层数越多，尺寸偏移、焊接变形越多，实际尺寸变化越明显。

某车型翼子板安装点Y向偏差约2.5mm，公差±1.5mm，超出设计值，翼子板安装点出现偏差，是因为设计上同方向搭接层数过多，导致公差偏移累积过大造成的。图2为某车型前车体从前大梁到翼子板支架的搭接方式简图，前轮罩以大梁为定位基准，轮罩外板以轮罩为定位基准，而轮罩外板加强板以及翼子板支架则以轮罩外板为定位基准。从大梁到翼子板支架共经过4层同方向钣金搭接及焊点焊接，尺寸偏差积累过多，导致翼子板安装点的精度取决于所有零件的型面精度，而工装定位在该搭接方式中起到的作用非常有限，安装点的有效精度无法得到保证。

由于零件、工装定位、焊接变形等偏差源复杂多变，具有无数不确定性，通过完全解决根本偏差源耗时耗力见效慢，在设计上常通过灵活选择运用搭接、对接、角接的钣金搭接形式，合理设计装配顺序，可以在不增加额外成本的前提下很大程度上消除尺寸偏差[5]。图3为搭接、对接、角接接头形式。

本案例可在设计翼子板支架的搭接形式上由对接形式改为搭接形式，在最后一个搭接之前的偏差就可被最后一层搭接消除，最终的偏差仅剩翼子板支架的工装定位偏差。如图4所示。

4 改善措施及工程验证

4.1 改善措施

为了避免更改设计所需要支出的高昂经济成本，在现有的结构基础之上，主机厂通常通过采取改善工艺的措施手段去解决问题。在本案例中，为消除多层搭接的公差偏移累積，可选择利用轮罩外板与轮罩外板加强板的L型搭接结构，通过改善焊接顺序，将对接形式变为类似搭接形式的效果。如图5所示，原工艺焊接顺序为焊点①→②→③→④，先焊接Y向焊点①、②，Y方向不可调，工装定位面失效，改进后的焊接顺序为先焊接焊点，此时轮罩外板加强板扔紧贴工装定位面，定位有效，Y方向可根据工装定位面进行微调，焊点③、④焊接后，①、②焊点的焊接已经无法改变零件Y向尺寸，从而达到变对接形式为类似搭接形式的效果。

4.2 工程验证

为了验证方案有效性，通过对比改进前后的CMM测点数据是否得到改善。翼子板安装点CMM数据如下图6所示，改进前安装点Y向偏差约2.0～2.5mm，通过优化白车身焊接顺序，改进后的翼子板安装点Y向在理论值0±1.0mm范围内，翼子板安装点Y向偏差问题得到有效解决。

5 结束语

本文分析了焊接顺序对尺寸搭接影响的产生机理，并结合翼子板Y向偏差的工程案例问题，介绍了搭接结构对尺寸偏差累积的影响，在不更改原搭接结构设计的基础上，提出了通过优化焊接顺序的工艺措施来解决尺寸偏差问题。工程验证结果表明，白车身焊接顺序对白车身尺寸有重大影响，可通过优化焊接工艺来改进白车身尺寸偏差。

参考文献：

[1]郑雪芹.2019年车市回顾及2020年展望.汽车纵横.

[2]姜贤茂.高节拍生产条件下轿车车身焊装主线工艺规划研究.上海交通大学.

[3]宋林森，杜紫微， 郭好杰. 汽车白车身机器人焊接路径优化技术研究.制造业自动化.

[4]朱立君，王浩，李晓云.白车身宽度尺寸一致性控制方法研究及应用.现代制造工程.

[5]陶恩树，雷雨成.接头形式及装配顺序对车身装配偏差影响的研究.机械设计.