某微型车前围板焊点脱焊问题研究

刘 伟 吴文双 司超群

(上汽通用五菱 广西 柳州 545000)

某微型车前围板焊点脱焊问题研究

刘 伟 吴文双 司超群

(上汽通用五菱 广西 柳州 545000)

通过对某微型车在整车耐久性试验中前围板上千斤顶安装支架脱焊的问题分析，提出优化方案，改进工艺，正常发挥其功能。本文总结了千斤顶安装的一些结构设计和工艺设计要求，为兼顾车身强度和功能的设计提供一些借鉴和参考。

应力；车身结构设计；强度设计；功能设计；输入条件；有限元分析

车身结构设计是以车身造型设计为基础进行车身强度设计和功能设计，以期最终找到合理的车身结构型式的设计过程的统称，其设计质量的优劣关系到车身内外造型能否顺利实现和车身各种功能是否能正常发挥。所以说，它是完成整个车身开发设计的关键环节。另外，其它区域对车身的条件输入的充分与否也涉及到车身结构设计的质量和周期。

结构设计必须兼顾造型设计的要求，同时应充分考虑诸如结构强度、防尘隔噪性能、以及制造工艺等多种设计要求。优良的结构和工艺设计可以充分保证汽车整车质量的减小，进而达到改善整车性能、降低制造成本的目的。此外，其他区域的充分的条件的输入不仅可以提高车身设计质量，而且可以缩短设计周期。本文主要针对前舱部件—前围板焊合总成的结构和工艺设计，通过此结构件在整车耐久性试验(路试里程为39000 Km)中千斤顶安装支架脱焊、掉落、焊点开裂进行分析和成功优化这一实例，总结了前围板焊合总成结构设计和工艺设计的经验，为兼顾车身强度和功能的设计提供一些借鉴和参考。

一、整车耐久性试验路试车分析

在整车开发过程中，各阶段的样车制造出来后会根据本公司的整车可靠性试验规范标准，进行39000 Km的耐久性规范试验，耐久性规范构成为：坏路、城市、蛇形、直线、高速、16坡度、点制动、全制动等，各个规范构成所占比例不同，比重最大为坏路，总里程为26000 Km，其余比例根据标准来分配。

某微车的前舱部件—前围板焊合总成在开发阶段的一次整车耐久性试验中样车在试验中检查发现千斤顶安装支架左右两侧焊点脱焊(图1)，发生脱焊时路试里程已完成17675 Km。而后连续发现两台车焊点出现类似故障，一台车在路试里程完成21670Km时千斤顶安装支架左侧焊点脱焊(图2)，一台车在路试里程已完成42628Km时千斤顶安装支架焊点开裂，共4处，长约10mm(图3)。

图1 前围板千斤顶安装支架左右两侧焊点脱焊故障图

图2 前围板千斤顶安装支架左侧焊点脱焊故障图

图3 前围板千斤顶安装支架两侧焊点开裂故障图

设计上前围板千斤顶安装支架左右两侧都是3个焊点，故障件照片显示焊点数量符合设计；另外，焊点脱落把前围板本体撕裂，留下几个孔，说明焊点强度足，排除虚焊可能性。

图4 前围板千斤顶安装支架变形故障图

测量两件故障件千斤顶安装支架上下两安装面间隙发现，设计尺寸约95mm，两件故障件尺寸已达105mm，千斤顶安装支架变形严重，分析原因是总装车间安装千斤顶安装支架时，使用摇杆装配时对千斤顶施加扭力过大导致的，后面为了查清是多大的扭力使支架高度变形到105mm，我们在现场通过8台车进行试验，现场通过扭力扳手给千斤顶施加扭力，千斤顶的张力使千斤顶安装支架顶开至故障件相同变形量，所测扭力值约为44N.m扭力。

二、CAE理论分析

有了千斤顶使用摇杆装配扭力输入条件后，可以借助整车强度分析工具CAE模拟分析千斤顶安装支架焊点脱焊处的应力情况来判定强度是否满足要求。模拟分析时工况为给千斤顶加50N.m的扭力，支架应力分布如下图所示：

根据线性关系换算，当扭力值为44N.m时，支架4个角部应力范围为：320MPa-495MPa。

图5 前围板千斤顶安装支架CAE分析图

经CAE的模拟分析，得出千斤顶安装支架受千斤顶所施的力分布如上图截面所示：在千斤顶本身自重(g)以及整车路试过程中水平加速度a(加速、减速方向相反)共同作用下，千斤顶安装支架有前后摆动的趋势，焊接千斤顶安装支架与前围板本体的焊点被撕扯；加上初始预紧千斤顶时施加的扭力过大，致使千斤顶安装支架变形，加剧焊点失效风险。

图6 前围板千斤顶安装支架受力分析图

总之，在整车耐久路试过程中，千斤顶安装支架本身受千斤顶的力有前后摆动趋势，此趋势撕扯焊点；加上初始预紧千斤顶时施加的扭力过大(约44N.m)，致使千斤顶安装支架变形，加剧焊点失效风险。

三、解决方案

之前，青岛总装车间对千斤顶预紧没有具体的扭力值要求，工艺文件对员工的要求是千斤顶预紧后不松脱。

为了有效控制千斤顶安装支架变形量，降低支架焊点脱焊风险。参考其他车型，让车间增加千斤顶预紧扭力要求。如下为现场模拟预紧千斤顶时所需扭力，与千斤顶产品工程师现场测试2台车：当扭力达到20N.m时，判断已紧固千斤顶。

图7 前围板千斤顶安装扭力验证图

四、方案验证和实施

我们安排新的控制千斤顶安装预紧扭力(约20N.m)路试验证车，路试结束后检查原前围板千斤顶安装支架焊点脱焊处没有发生脱焊问题，说明已经满足要求，设计工艺合理，可以实施该方案。

根据路试情况，我们正式下发了控制千斤顶预紧扭力的技术文件。总装车间已采取千斤顶工位使用摇杆预装配+后工位使用定扭扳手打扭矩来控制千斤顶预紧扭力，扭力值设定在20N.m左右。

五、总结

在车身结构开发设计过程中，以车身造型设计为基础进行车身强度设计和功能设计，以期最终找到合理的车身结构型式，但是无论如何其它区域对车身条件的输入关系到车身设计的质量和设计周期，从前围板千斤顶安装支架脱焊的实例中足以说明对车身的输入条件在车身设计中起着一个非常至关重要的作用。如果在前期开发中对车身的输入条件充分、准确的话，车身的强度和功能将得到合理的设计方案，再通过运用CAE这一工具，将大大缩短设计周期，提高设计质量。因此可以说，在车身结构、工艺设计中必须兼顾车身强度和功能的设计。

[1]黄天泽、黄金陵.汽车车身结构与设计.机械工业出版社，1997.

[2]林炳华.最新汽车使用设计.黑龙江人民出版社，2005.

[3]Q/SGMWJ0801-2009,整车可靠性试验规范.

刘伟(1989.08-)，男，广西人，工程学士学位，助理工程师，研究方向：车身下车体相关产品的结构。