顶盖饰条安装销钉的设计与焊接工艺

钟能财 韦超忠 韦斌泉

（上汽通用五菱汽车股份有限公司）

车顶饰条是重要的外饰零件系统，该零件一般位于车顶两侧的车顶槽内。车顶饰条可以起到装饰作用，用于遮挡车身侧围与顶盖钣金连接产生的焊缝，美化车顶两侧区域；若车顶饰条贯穿整个侧围，还可以遮挡前后挡风玻璃与车身侧围安装产生的间隙，美化车身A，D柱两侧区域。车顶饰条的整体设计与整车相互协调，体现了整车和谐的视觉效果，在整车水管理中，可以导流车顶的雨水，起到导流作用[1]。文章针对顶盖饰条的T型销钉卡接形式，探讨销钉的设计开发和销钉的焊接工艺。

1 顶盖饰条安装方式

顶盖饰条分为带骨架和无骨架2种，安装形式也不同。通常要求每100mm长的车顶饰条，拉拔力大于60N。目前常有的安装方式有顶盖翻边式卡扣连接、T型销钉卡扣连接、SBT结构胶卡扣连接、PU胶粘、胶带粘接及铆钉连接等。常见的车顶饰条与顶盖配合连接通常有2种方式：1）T型销钉卡接。通过车顶板上焊接T型销钉来与饰条卡紧。2）车顶板翻边卡接。没有销钉，直接通过车顶板的翻边与饰条卡紧连接。安装方式示意图，如图1所示。

2 顶盖饰条安装销钉的设计

顶盖销钉主要是满足顶盖装饰条的固定，T型销钉式是在车顶槽内从前到后均匀焊接6～8个T型销钉，卡扣插入T型销钉上，车顶饰条通过卡扣卡接。若车顶饰条还需要在车身A，D柱区域连接，可在侧围上也打上T钉。销钉结构形式为圆柱头焊钉，GB/T 10433—2002《电弧螺柱焊用圆柱头焊钉》中规定了直径为10～25 mm的电弧螺柱焊用圆柱头焊钉。

2.1 销钉的安装方式

顶盖饰条安装销钉的功能是通过与装饰条安装卡扣的匹配固定，达到固定装饰条的目的。装饰条与销钉的安装固定方式，如图2所示。根据顶盖饰条卡扣的输入，销钉直径设计为2.6 mm，高度为（5.7±0.3）mm，销钉头直径为（5±0.25）mm。

2.2 销钉的技术要求及优缺点

销钉材质为SWRCH15-18A，表面经过环保镀锌处理，并要达到中性盐雾试验72 h无白锈以及192 h无红锈的防腐要求。由于材料的性能直接影响焊接的可靠性，所以必须严格控制材料的性能，在保证具有良好的焊接性能的同时，又要符合强度要求和满足冷镦成型的工艺要求。同时销钉要满足相关机械性能，强度等级为4.8级，抗拉强度大于400 N/mm2。

采用T型销钉卡接的安装形式，优点为：1）饰条安装方便可靠；2）可Y，Z向定位，匹配效果良好。缺点为：1）对焊后销钉位置度有一定要求，顶盖分拼焊接需要专门夹具定位；2）销钉焊接易虚焊，且返工困难；3）销钉根部焊渣残留过多、焊接位置不到位或尺寸不到位，都会影响卡子顺利安装。

2.3 某车型销钉卡枪问题及改善案例

某车型在装配饰条安装销钉过程中出现卡枪的问题，经调查是由于T钉帽子部分尺寸过大造成的。而这次提供的零件，尺寸公差为0～0.25 mm，整体增大了0.2 mm左右，不符合设计要求（理论公差值应该是-0.2～0.1 mm）。为解决该问题，供应商设计开发销钉专用筛网，如图3所示。筛网孔径为5.09 mm，能通过5.09 mm孔径的零件为合格零件，以此来保证零件的上公差。

3 顶盖饰条安装销钉的焊接工艺

3.1 螺柱焊接介绍

螺柱焊接主要有储能式和拉弧式2种。储能式焊接是将销钉与基体（顶盖外板）表面接触，在销钉与基体之间通电引燃电弧，待销钉端部金属与基体表面加热到合适的温度，并熔化形成一定的熔池后，给销钉施加一定压力推入焊接熔池并冷却，以形成焊接接头的方法[2]。其熔深小，主要用于薄板焊接，销钉的焊接即采用储能式螺柱焊接（以下简称螺柱焊），图4示出销钉的焊接过程示意图。

3.2 螺柱焊接设备

螺柱焊焊接设备主要由螺柱焊机和专用的焊枪组成，某车型顶盖饰条安装销钉使用的是半自动螺柱焊机SW481.10型。该螺柱焊机由1台螺柱焊机带有2把焊枪构成，可以让2个工人同时操作。该螺柱焊机由于装有过载保护装置，所以具有全面安全保护功能，并包含焊接控制主机（含电源）、自动送料器、自动送钉线圈提升焊枪以及三者之间连接的控制电缆和送料管等各种管线的控制系统以及相应的部件[3]，焊机参数，如表1所示。

表1 SW481.10型焊机参数

焊枪为自动送钉线圈提升焊枪，该焊枪具有防堵塞装置，能保证稳定的自动送料和接料；提升及下落动作由司服电机完成，控制精度可精确到0.01 mm；能对送钉功能进行空焊测试；最高焊接速度≥30个/min等特点。由于焊枪是人工操作，在轻便及耐冲击方面做了很大提升。

文章的案例车型上采用了16颗（左右各8颗）Φ2.6mm的销钉，实测现场调试实际参数为电流300 A，焊接时间15 ms，提升高度0.8 mm，熔深-0.8 mm。经测试该焊接参数下销钉焊接质量较好，不存在相关焊接质量缺陷。

3.3 销钉焊接常见缺陷

表2示出销钉焊接常见缺陷及改进措施。

表2 销钉焊接常见缺陷及改进措施

3.4 焊接质量检查

判定销钉焊接后是否合格，通常有3种方法[4]。

1）视觉检测：飞溅较小并规则，销钉无歪斜。

2）弯曲试验：对焊接螺柱进行弯曲，销钉采用的是储能式螺柱焊接，销钉螺柱弯曲30°，销钉测试数量为10个。图5示出销钉弯曲试验示意图。试验适用于粗略检查焊接数据的一个简单的基准性试验，使用锤击工具锤击销钉至螺柱弯曲30°后，如果在焊缝区没有发现裂纹，则焊缝通过了试验；如果在焊缝热影响区出现脆性断裂，则应该检查材料的焊接性。

3）拉力试验：使用扭力装置将螺柱向轴的方向拉直至其断裂为止，该试验只适用于温度≤100℃的螺栓。图6示出销钉拉力试验示意图。

3.5 销钉焊接工艺的注意事项

1）销钉的端部除引弧结外，还要有较大的圆角，设计值为（105±10）°，不能有毛刺和尖角，避免多出引弧，影响焊接质量；

2）选材上要求销钉的材质含碳量尽可能低，且与基体材质尽量一致，以保证焊接性能；

3）焊接工艺评定（WPQR）测试完成后，才能批量焊接；

4）由于销钉采用了镀锌工艺，在焊接部位的镀锌层要求清理干净，否则会影响焊接质量和导电性能；

5）销钉的夹持套夹持部位要求保持清洁，定期清理和更换，否则会由于与销钉头部的接触不良而影响焊接质量；

6）专用焊枪加压销钉推入熔池、冷却及形成焊接接头的过程中，焊枪拔枪不要太快、待环形焊缝冷却到一定温度后，再双手垂直提起焊枪，单手提枪会因受力不均匀使夹头容易损坏。

4 结论

顶盖饰条采用T型销钉卡接安装是目前主流车型常用的方式，销钉采用的螺柱焊相对其他焊接效率高，可焊接销钉10～35个/min。同时销钉也是通过多工位冷镦机大批量镦锻成型，生产效率也高。由于使用同一规格的销钉，在相同尺寸和形状的结构件上进行焊接，焊接电流、电压及时间等焊接工艺参数也始终相同，且又适用同一台螺柱焊机和焊枪焊接，螺柱焊具有高质量、低废品率及低返修率等优点。同时销钉卡接的结构特点，在一定程度上避免了饰条安装不牢靠和顶盖漏水的风险。