汽车外观焊点品质要求和控制方法

东风汽车技术中心 李维康

上汽通用汽车有限武汉分公司 成 剑

1 外观焊点的定义及等级分类

所谓汽车的外观焊点，是指外露在汽车整车产品外观面上，没有内外饰件遮挡，能够被客户目视直观感受到、对客户的体验度和满意度造成影响的焊点。外观焊点的品质是车身焊点控制的重中之重，因为它在一定程度上影响客户对整车的视觉满意度，是整车评价分值最高的项目之一。随着汽车行业的快速发展，客户对汽车产品的感官品质要求日益提高，汽车制造过程中对外观焊点的品质把控也越来越严格。在汽车行业竞争愈演愈烈的今天，如何做到造精致车，造精品车，是提升汽车产品核心竞争力的关键所在。正因如此，探讨外观焊点的品质的提升才有了更加重要的意义。

一般情况下，按照对客户感官影响大小的不同，可以将汽车外观焊点主要定义为以下3种等级类别。

（1）A类外观焊点。即开启件全部封闭时，从整车内部或者外部可以轻易看到的焊点。此类焊点对整车外观质量影响较大，因此在产品设计过程中应尽量规避。

（2）B类外观焊点。即开启件全部开启时，分布于整车腰线附近或者高于腰线以上，在通常身高高度下易视的焊点。一般包括门窗框区域、门铰链区域、侧围和门的锁扣加强件区域、侧围后流水槽区域等。此类外观焊点在开启件打开时很容易被客户目视，因此对焊点的品质要求较高。通常情况下，此类焊点要求外表完好，焊点几乎不可见。如果焊点可见，也要求无钢板扭曲变形，或者无过深的挤压印痕。对于多个布局的外观焊点，要求排列整齐，间距均匀。

（3）C类外观焊点。即开启件全部开启时，在非通常身高高度下可以目视的焊点。一般包括门内板下端靠A柱和B柱附近区域、前后盖或尾门打开后内板区域等。此类外观焊点相对于B类外观焊点的可视性相对较低，根据车型的档次不同可以划分为不同的品质等级。但一般情况下，该等级的焊点要求仅有轻微的凹陷、焊点圆整，没有钢板的过度变形。

由于A类外观焊点分布于开启件封闭时的外观表面上，对客户的感官影响较大，在设计开发阶段就要进行规避和遮盖，因此目前整车产品上的外观焊点主要包括B类和C类两种，

图1所示显示了B类和C类外观焊点的主要分布区域。由以上可知，外观焊点的区域等级划分主要根据客户在通常身高的目视范围内可以察觉的难易程度所进行区分。分布在通常身高的目视范围之内的，客户较易察觉，属于B类外观焊点；而高于或者低于通常身高的目视范围，客户察觉度相对较低的，则属于C类外观焊点。通常情况下，B类外观焊点的标准要更加严于C类。

2 外观焊点的主要缺陷类型

对于客户体验来说，由于外观焊点主要在目视感官方面产生美观上的影响，所以区别于普通焊点的强度要求，外观焊点的缺陷控制更加注重外观品质要求。归结其缺陷种类，主要包括以下几个方面。

（1）压痕过深。指过度的焊点凹陷超出了标准要求。

（2）扭曲变形。指焊点局部钢板变形和扭曲超出了标准要求。

（3）过烧。指焊点局部受热过多。

（4）烧穿。指焊点中心有烧穿孔。

（5）毛刺焊渣。指焊点边缘没有渗入熔化金属的赘物。

（6）焊接飞溅。指板件上散布于焊点边缘平铺的金属赘物。

（7）粘铜。指焊点表面粘黏的电极帽铜质赘物。

（8）多个焊点间距。当多个外观焊点线性排列时，其焊点间距应均匀分布。

（9）多个焊点对齐度。对于多个焊点布局排列的外观焊点，要求焊点排列整齐一致。

表1所列是对于不同等级的外观焊点，不同缺陷的标准归纳。对于不同的车企和车型，其监控标准不同，但整体具备一定参考意义。

图1 B类和C类外观焊点的主要分布区域

表1 不同等级外观焊点缺陷的合格标准

3 目前外观焊点品质的行业现状

图2所示为实拍目前市场上多种车型的外观焊点布局情况，由图2可以看出，市场车型的外观焊点主要分布在前盖和4个门内板区域、侧围门锁扣区域、后盖或后背门打开后的流水槽和密封条附件区域。

较多合资车企的车型由于较多采用了新型工艺技术，其外观焊点品质优良，排列整齐，无扭曲、压痕过深等外观缺陷，甚至有部分车型可以实现外观焊点不可见，呈现光滑无瑕疵的钣金表面，其整体感官和目视体验明显高于大多数国产车型。同时，仍有部分车型的外观焊点存在严重的扭曲和压痕过深等缺陷，客户体验相对较差。

由市场统计结果可知，目前市场上汽车产品的外观焊点的客户感受度具备较大的提升空间。不断完善汽车外观焊点的品质，可以通过产品设计的优化及设备工艺的调整两种途径来实现。

4 同步工程中对于外观焊点缺陷的防范

图2 实拍目前市场上多种车型的外观焊点布局情况

所谓同步工程（SE），是指在汽车整车前期开发的过程中，制造工程师通过仿真分析、虚拟模拟、节拍分析等技术手段，针对产品的可制造性和可实施性，与产品设计进行交流和交互的过程。通过同步工程，可以在早期防范诸多弊端和缺陷，为后期的整车工业化过程打下良好的基础。针对外观焊点问题，以往较多采用工艺手段或设备技术手段进行改进和提升，却忽略了在早期同步工程阶段的防范。通过同步工程中的改善，可以规避较多的外观焊点问题，为后期的质量调试提升带来诸多便利。在同步工程过程中，对外观焊点的关注点可以涵盖以下几个方面。

4.1 外饰件遮蔽

通过优化产品结构，将外观焊点的位置改到外饰件可以遮蔽的区域，使其成为非外观焊点，直接降低该焊点的品质等级，大大降低工艺调试难度。例如，较多两厢车型的后流水槽与侧围外板搭接处都布局有一排外观焊点，不仅要求外观平整美观，而且其直线度和焊点间距也有严格的要求，调试难度极大。图3a所示为某车型后流水槽与侧围搭接处的一排外观焊点，存在较严重的扭曲现象，对外观感官影响较大。但是，如果更改流水槽零件的产品结构，使其与侧围外板的焊接面布局在侧围后三角窗处（图3b和图3c），这一排外观焊点就会被三角窗玻璃遮盖，成为非外观焊点，其品质要求就会大幅降低。

4.2 结构胶替代

在一些情况下，局部位置的外观焊点可以采用结构胶代替，在保证整车强度的同时，减少外观焊点的数量。图4a所示为某车型后门框锁扣处的2个外观焊点，存在较严重的扭曲不平现象。但如果通过使用结构胶替代此处的外观焊点，不仅降低了工艺调试难度，而且使此位置外观面无任何焊点痕迹，反而大幅提升了品质等级（图4b和图4c）。

4.3 焊接搭接边长度及焊接角度

对于外观焊点，在同步工程过程中需关注其焊接搭接边的长度和焊接的角度。过短的焊接搭接边和过小的焊接角度，会导致焊钳可达性较差，造成无法避免的焊钳扭曲或半点焊缺陷。相较于非外观焊点，外观焊点的焊接搭接边长度应设置得更大一些，可确保更大的焊接空间以保证更优的焊接质量。以通常使用的8 mm断面电极帽为例，对于非外观焊点，其要求的焊接翻搭接长度至少应为11 mm，而对于外观焊点，则建议将搭接边长度加大至至少14 mm以上。同样，对于焊接角度也应该进行足够的关注，在焊钳模拟中应重点进行外观焊点的焊钳通过性仿真，以免后期因焊钳和夹具的干涉原因造成外观焊点的扭曲。

图3 用外饰件遮蔽外观焊点

图4 后门框锁扣处的外观焊点

4.4 焊接面平整度

对于外观焊点位置，还应关注其焊接面是否设计为平整面。如果外观焊点分布在弧面或者造型面上，因焊钳无法确保垂直，容易造成焊点的扭曲变形。同时，弧面造型也不易布置铜板焊等辅助工艺进行纠正，因为机加工的铜板无法保证与弧面的绝对贴合，从而引发分流和压印等其他缺陷，这不仅会提升工业化进程中的工艺调试难度，而且对量产后的质量稳定性造成极大隐患。如图5所示，某车型的流水槽区域焊点因整条焊接边为弧面（图5a），所以整排焊点都呈现扭曲状态，而另外一车型的同一位置的钣金件平整，焊点的品质状态更加美观（图5b）。

总而言之，在同步工程阶段就开始关注外观焊点，可以起到防患于未然的作用，从根本上遏制外观焊点缺陷的产生。在产品数模工程发放阶段，应该同时发放外观焊点的数量和布局文件，以便在工艺规划阶段提早应对，降低后期的工艺调试难度。

5 提升外观焊点品质的方法

因为汽车整体造型等原因，有时候在同步工程中反馈的问题并不能全部在产品上进行更改，这时则必须通过一些必要的手段提升外观焊点的品质。目前汽车焊装领域对提升外观焊点有助的方法主要有以下几种。

5.1 傀儡焊工艺

通常情况下，外观焊点的品质受电极杆对中性、电极臂与板件的倾斜角度、零件尺寸精度等多项因素影响，因而使用普通的焊接工艺较难提升焊点品质，尤其是在较狭小的空间内分布2个或更多个外观焊点的情况下，由于焊钳可达性等因素，使得传统工艺更难确保外观焊点品质。傀儡焊是一种特殊的电阻点焊工艺，用于解决焊接空间不足、焊接操作性差的焊接工艺方法，如图6所示，它利用外部焊机焊钳提供焊接电流并控制焊接参数，并通过铜排、附缆传输电流至傀儡焊钳，傀儡焊钳压紧板件形成回路，利用电流流过傀儡焊钳接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法。由于傀儡焊不受人为因素的影响，可以有效避免因电极臂倾斜和人为操作误差导致的焊点扭曲、焊点偏斜等缺陷，大幅提升外观焊点的品质。

图5 流水槽区域焊点

5.2 平电极电阻焊

将单边的传统电极帽改为使用大曲率半径的平电极（图7），以此方式进行焊接，可以在保证焊接强度的同时，使平电极一侧的板件形成平整光滑的焊接外观。需要注意的是，使用单面平电极电阻焊，在调试时需匹配平电极与板件之间的贴合度，并要求实际装配间隙小于0.25 mm，否则会使板件产生压印或者焊接分流缺陷。平电极电阻焊虽然可以获得较好的外观质量，但由于采用特殊的电极头，只能焊接特殊的位置，因此会大大降低焊接设备的多车型共线柔性。同时，对产品的要求也相对较高，一般情况下该工艺不能用在板件存在弧度的区域，并且要求焊接搭接边足够宽。

图6 电阻点焊和傀儡焊原理

图7 大曲率半径的平电极

5.3 铜板焊

针对外观焊点，制造中以在集成夹具上增加焊接铜板的方式保证焊接外观质量。焊接铜板可以进行5°～10°的角度浮动。当焊钳动臂压在铜板上时，铜板可以贴合在板件上，起到传递焊接压力和电流的作用。由于动臂电极帽压在铜板上，并未与板件产生直接的压力接触，因而会在动臂一侧形成平整无压痕的焊核表面。铜板与夹具的连接方式主要有两种，一种是通过铜质弹簧片进行连接，另一种是通过过孔螺栓进行装配连接。两种方式的目的都是确保铜板实现一定的小角度浮动，从而确保与板件的贴合及焊接压力的传递。与平电极电阻焊类似的是，铜板焊产生的焊接外观同样平整光滑，仅在单边产生电极帽压印。但是，铜板焊不需要专用的焊钳电极，仅对局部的夹具进行改造，其焊接柔性更佳。图8所示为采用焊接铜板工艺后的外观焊点状态，焊点形成了满足强度的焊核，但铜板一侧的焊接表面平整光滑，无凹陷和扭曲。

5.4 Arplas焊接工艺

Arplas（阿普拉斯）焊接是一种基于电阻点焊原理，但采用完全不同于传统电阻点焊技术的方式和参数实现焊接的新型连接技术（简称为AL-S），旨在减少焊接热变形和焊点压痕，Arplas焊采用的是平头式电极帽，能在极短时间（约4 ms）内大电流（约20 kA）脉冲熔化零件完成焊接，能够大幅减少热影响区，降低焊接过程中的热应力，焊接热变形和压痕极小，从而达到减少外观缺陷的目的，焊接完成后呈现出良好的表面质量。

Arplas焊的工艺原理如图9所示。为了能够使能量集中，在焊接之前必须在一个零件上冲出一个凸起，焊接时，该凸起与另一个零件在高电流脉冲下完全熔合。为了减小焊接后压痕，并且同时保证焊接强度的需求，凸起必须呈现一个特殊的锐利形状，使之能够保证在2个工件之间形成符合强度要求的焊点，同时在未加工凸起的那个工件上不留任何痕迹，以此达到外观焊点的品质要求。但Arplas焊的定位要求高（在焊接时，上下电极与凸台位置的对中性要求很高）、焊枪通用性差、成本较普通点焊高。

图9 Arplas焊的工艺原理