白车身焊接回弹控制研究

何金蓉 张太肖

摘 要：针对白车身焊接回弹导致尺寸偏差的问题，介绍了焊接回弹的产生机理。以某车型前舱回弹变宽为例，提出了通过优化相关尺寸链的零件公差来消除焊接回弹的方法。实践数据结果表明，采取措施后回弹现象消失，问题得到有效解决。方法可为汽车企业解决白车身尺寸偏差问题提供参考。

关键词：焊接回弹;白车身;尺寸链

1 引言

在汽车市场中，为了提高汽车的品牌竞争力，世界各大汽车制造企业都在提高产品质量，降低生产成本的研究中下足了功夫。其中，汽车白车身的制造质量控制就是一个重要课题。有报告显示，41%的车身质量问题是由于制造过程中白车身尺寸产生偏差引起的[1]，因此提高白车身的焊接尺寸质量成为了重中之重。白车身通常由400个以上的薄板件焊接而成[2]，期间要经过60～80个工位，200多个工序，2000多个装夹定位点，4000～5000个焊点。由于整个白车身生产制造过程中环节众多，不可避免的产生了各种尺寸偏差源，因此对焊接过程产生的偏差源进行深入分析研究，对白车身制造质量的提高有着重要的指导意义。

白车身的生产过程，就是多个零件被拼焊成分总成，分总成再拼焊成为一个大总成的过程，整个焊接过程中产生的误差主要分为零件误差、夹具误差、焊接过程误差、焊装完成后回弹误差。其中焊装完成后的回弹误差决定了整个白车身的最终形成尺寸，是白车身生产制造问题中的直接原因，也是整个白车身焊接尺寸控制的重点研究方向。

本文从控制焊接回弹角度出发，介绍焊接回弹的产生机理，结合某车型前舱回弹变宽的实际案例，提出控制焊接回弹的解决措施，以期为白车身制造质量控制提供参考借鉴。

2 焊接回弹产生机理

车身是由各个柔性的薄板件经过多到工序焊接而成，定位于夹具上的薄板件在本身零件偏差、夹具夹紧力、焊枪电极力等各个作用力下发生复杂的偏移，使得薄板件在内力与各种外力作用下发生变形焊接，焊接完成后板件仍存在各种焊接应力，此时打开夹具会使得装配件在内应力作用下发生回弹，导致尺寸偏差[3]。图1为薄板件在定位夹具上的焊接及回弹过程。薄板件在焊装夹具上关夹到理论位置时发生了变形，由于焊接热变形及零件本身内应力的存在，夹具开夹后发生变形回弹，导致总成件尺寸出现偏差。

3 焊接回弹实例分析

某车型前舱立柱各安装点整体偏宽约3.0mm，导致总装前保险杠及前大灯等零件装配困难，以白车身前大灯安装点CMM数据为分析点，CMM数据如圖2所示，测点外偏1.5mm，与故障表现一致。

影响焊接装配误差的因素主要有：零件误差、夹具误差、焊接过程误差、焊装完成后回弹误差等，对上述影响因素进行分析排查后，锁定了焊接完成后回弹误差是导致测点出现偏差的直接原因。为了确认焊接回弹对问题的影响程度，使用前大灯安装点宽度检具收集了该车型20台车前大灯安装点夹具开夹前后的宽度变化数据，如图3所示。数据表明，工装夹具开夹前测点宽度仍在理论状态，夹具开夹后测点回弹变宽约2.5～3.0mm，由此也证明了焊接后因各种应力引起的回弹误差是导致尺寸偏差的直接原因。

4 焊接回弹控制方法

白车身焊接过程工序复杂，尺寸偏差源众多，若通过分析焊接过程的各个工序焊接作用力下发生的变形偏移来寻找问题点，不仅对测量设备资源要求高，而且分析调查周期长，不符合汽车生产制造企业快速响应、高效解决问题的实际诉求。综合上述分析及本实际案例的问题表现特征，本文通过优化相关尺寸链的零件公差来消除焊接回弹所产生的尺寸偏差。

本文案例中前大灯安装点位于零件上弯梁支撑板上，控制前大灯安装点尺寸也就是控制上弯梁支撑板零件定位尺寸，与之相关的零件搭接结构简图如图4所示，大梁与大梁支架Z向搭接，大梁支架与上弯梁支撑板Y向搭接。

在求解几何公差的尺寸链时，为了便于计算分析，将其转化为直线尺寸链[4]，如图5所示，建立尺寸链图进行分析，其中A1为大梁定位尺寸;A2为大梁与大梁支架搭接尺寸;A3为大梁支架与上弯梁支撑板搭接尺寸;A0为所需控制的前大灯安装点尺寸。综上可列出等式：A0=A1+A2+A3，其中A0封闭环。

为了消除因焊接回弹所产生的A0环尺寸偏差，将大梁与大梁支架搭接的A2环作为补偿环重新对大梁支架公差进行适配，支架公差由A2优化为A2将A2环尺寸减小1.5mm。调整后重新收集20台车前大灯安装点夹具开夹前后的宽度变化数据，如图6所示，夹具开夹后回弹量不超过0.5mm，焊接回弹问题得到有效解决。跟踪重新优化零件公差的白车身尺寸表现，前大灯安装点CMM数据重新回到公差范围，如图7所示，尺寸偏差问题得到解决。

5 结束语

本文阐述了焊接回弹的产生机理，结合某车型前舱回弹变宽的案例，提出了通过优化相关尺寸链的零件公差来消除焊接回弹所产生的尺寸偏差的方法。实践数据结果表明，焊接回弹现象消除，安装点数据恢复到理论值。方法对测量设备资源需求较低，快捷高效，对汽车企业快速分析白车身尺寸偏差质量问题、缩短问题解决周期有一定的指导意义。

参考文献：

[1]施成攀.汽车白车身拼焊尺寸偏差分析与研究.合肥工业大学.

[2]李扬.基于焊接回弹的车身公差分配优化.山东理工大学.

[3]林巨广.白车身薄板件焊接装配误差的研究.汽车技术.

[4]刘绍力.基于直线尺寸链几何公差工艺尺寸链的求解.设备管理与维修.