浅析汽车仪表板横梁的焊接控制

李振伟 徐佳佳 王永刚 邢文涛

摘 要：本文介绍了仪表板横梁的结构，分析了焊接生产过程中的尺寸控制方法，以便于解决仪表板横梁尺寸不稳定的质量问题。

关键词：仪表板横梁;焊接尺寸控制;质量问题

1 前言

汽车仪表板横梁（Cross Car Beam）是乘用车内饰件的重要组成部分，连接着车身前围、左右侧围和地板，具有支撑安全气囊和电器等相关零部件，以及定位仪表板的功能，它的零部件质量直接决定了车身内饰仪表盘的装配稳定性。鉴于汽车仪表板横梁的重要功能，导致其总成上面的焊接零件数量较多，而总装车间又对仪表板横梁的尺寸精度普遍要求较高。在此背景下，笔者从本公司生产实际出发，详细介绍了汽车仪表板横梁的焊接生产工艺及尺寸控制方法。

2 一种仪表板横梁的结构介绍

此型号仪表板横梁由转向管柱支架、仪表板安装支架、前围支架、中央支架、空调上/下支架、T-BOX支架、PAB支架、空调上/下支架、手套箱支架、导航支架、保险盒安装支架、360模块安装支架等共计45种零部件焊接而成。

3 焊接方法

本公司主要采用DAIHEN弧焊机器人“Almega”系列弧焊机器人进行自动化MIG焊接，“Almega”系列乃驱使最新电子机械技术所开发高性能多功能的机器人，配合变位系统组成弧焊工作站，充分实现了仪表板横梁360°无死角焊接。

弧焊工序共分四序，两个工作站：一号工作站：①第一序焊接仪表板驾驶侧大小管、转向管柱支架、左侧管梁支架、右侧管梁支架、PAB支架、导航支架、管梁加强板。第一序装件完成后，夹具夹紧，控制器发出信号，变位机旋转，弧焊机器人开始焊接第一序。同时第一序焊接的时候，工人开始进行第二序零件装夹。②第二序焊接前围连接支架、仪表安装支架、手套箱上支架、导航框架支架、中控下侧支架、副驾驶下侧支架。第二序装件完成后，夹具夹紧，控制器发出信号，变位机旋转，弧焊机器人开始焊接第二序，同时第二序焊接的时候，工人开始进行第一序零件装夹，如此循环。二号工作站：①第三序焊接保险丝盒上安装支架、T-BOX支架、空调上/下安装支架、360模块安装支架、管梁加强支架、诊断接口支架。第三序装件完成后，夹具夹紧，控制器发出信号，变位机旋转，弧焊机器人开始焊接第三序。同时第三序焊接的时候，工人开始进行第四序零件装夹。②第四序焊接中央左支架、中央右支架、左侧机械手支架、右侧机械手支架、左/右侧仪表板上支架、左/右侧仪表板中支架、手套箱框支架、仪表板中部安装支架、线束支架、IP主定位支架。第四序装件完成后，夹具夹紧，控制器发出信号，变位机旋转，弧焊机器人开始焊接第四序。同时第四序焊接的时候，工人开始进行第三序零件装件，如此循环。

4 焊接尺寸控制

（1）反变形法。发变形法是指根据生产中已经发生变形的规律，预先把焊件人为地制出一个变形，使这个变形与焊后发生的变形方向相反而数值相等，即事先估计好结构变形的大小和方向，然后在装配时给予一个相反方向的变形，与焊接变形相抵消。因焊接变形因素较多，包括焊接顺序、拘束度、焊接条件和接头特征等。在实际生产的工艺规范和相同条件下通过实验来实测确定，再根据所得数据确定反变形量。

（2）刚性固定法。这个是目前仪表板横梁生产过程中主要的尺寸控制手段，即通过焊接夹具定位和禁固，将零部件加以固定来限制焊接变形，装夹的刚度越大，变形越小，装夹点越靠近焊接点，变形越小。

（3）合理的焊接顺序。焊接顺序对仪表板横梁结构的变形有很大影响。焊接顺序合理，焊接变形可以通过自由收缩，相互抵消;焊接顺序不合理，焊接变形将互相叠加。所以仪表板横梁在焊接时，尽量采用对称焊接法，以使焊缝引起的变形相互抵消;当焊缝不对称时，先焊焊缝少的一侧，因为焊缝越长，变形越大，先焊焊缝少的一侧，可以增大焊缝多的一侧焊接时焊件的结构刚度和反变形能力。

在调试阶段，笔者发现转向管柱支架的尺寸一致性较差。由于转向管柱支架承载着安装汽车方向盘转向机构的作用，所以其尺寸的装配性和焊接强度非常重要。为了找出尺寸不稳定的原因，笔者对仪表板横梁进行了分段工序检测，第一序焊接完成后，将仪表板横梁进行检具检测，发现此时的安装孔位是符合检具的。但是在第二、三、四序焊接完成后，转向管柱支架安装孔在检具上的状态发生了偏差。笔者认为造成安装孔尺寸不稳定的原因主要是，转向管柱支架由于要承受的载荷较高，所以为了保证其强度，支架的两侧都有焊缝，而最初为了平衡焊接节拍，在第一序只焊接了转向管柱支架的外侧焊缝，而将内侧焊缝放在了第二序进行焊接。第二序焊接时由于转向管柱支架的夹具定位已经撤离，导致焊接时产生的应力影响安装孔位的尺寸精度。因此笔者决定更改初始焊接工艺，将转向管柱支架在第一序一次焊接完成，并通过分析焊接应力对转向管柱的变形影响，采用预调整的方法，来抵消焊接过程中的热变形影响。

5 结论

在仪表板横梁焊接生产中，采用反变形法、刚性固定法和合理的焊接顺序来控制焊接变形，并采用一次工序的焊接完成来抵消焊接热输入不均匀带来的变形影响。

参考文献：

[1]李亚江，刘强，王娟.焊接质量控制与检验[M].2009.11.

[2]王洪光.实用焊接工艺手册[M].2010.4.

[3]陈祝年.焊接工程师手册[M].2010.2.

作者簡介：李振伟（1990-），男，河南开封人，大专，初级，长期从事汽车焊接工艺技术及自动化专业研究。