白车身密封的设计、检查与验证.pdf

探索研究 RESEARCH AND DEVELOPMENT白车身密封的设计、检查与验证田炳坤（标致雪铁龙（中国）汽车贸易公司上海分公司，上海 200233）Sealing Design,Check and Validation for Body in White摘要：本研究针对白车身密封的性能问题，首先从方案设计角度较为系统地论述了焊装工艺密封、涂装工艺密封以及相互间衔接配合的组合型策略，然后从数模检查和样车验证角度给出了相应的检测方法与验证措施，最后在量产管理阶段提出了一些操作建议。关键词：白车身密封；焊装工艺密封；涂装工艺密封；钣金间隙；淋雨检测中图分类号：TQ630文献标识码：A文章编号：2096-8639(2023)09-0058-05Tian Bingkun(Peugeot Citron(China)Automotive Trade Co.,Ltd.,Shanghai Branch,Shanghai 200233,China)0 引言随着汽车市场的蓬勃发展，消费者对汽车性能品质的要求越来越高。作为汽车的关键性能指标之一，整车的密封性能（整车密封）贯穿于整车设计、制造、测试和使用的全生命周期，因此，必须进行全面而细致的考察和研究，并给出完善而严谨的设计措施和制造方案，以避免汽车在使用过程中出现漏水（漏雨）和NVH性能不佳等方面的诸多品质问题。通常来说，整车密封可区分为静态密封和动态密封。静态密封是指通过涂敷密封胶和填充膨胀片的办法，来封堵车身结构的缝隙和孔洞，以实现防水防锈、减小振动和噪声的密封方式；动态密封则是利用橡胶条等弹性制成品的压缩变形特性，以实现门、窗、罩盖等活动部位之间的配合结构的密封方式1。两种密封方式的共同作用，构成了整车密封的总体性能，包括但不限于：防水、防锈、防风、防尘、隔热、隔音降噪，并保证座舱内的宜人环境等。由于动态密封和静态密封在方式与策略上存在着明显的差异，因此，在绝大多数的汽车设计工作中，动态密封和静态密封各有分工，归属于不同的专业模块负责。本研究选取车身的静态密封作为研究对象，重点探讨白车身密封的闭环设计和测试验证。由于车窗玻璃和前后风挡玻璃的密封/装配通常在总装车间完成，因此，该部分也排除在本研究的讨论范围外。简言之，本研究重点探讨焊装和涂装车身的密封设计、检查、测试、验证。Abstract:As one of the important properties of the vehicle,the sealing function is meaningfulto waterproof,anticorrosion,anti-dust,sound insulation and noise reduction etc.In this article,thesealing design,check and validation for the body in white have been discussed from the aspects ofwelding process and coating process and their synergy.Some reccomendations are given to massproduction of vehicles.Keywords：sealing of the body in white;welding process sealing;coating process sealing；sheetmetal gap;shower test涂层与防护第44卷第9期2023年9月Vol.44 No.9Sept.2023COATING AND PROTECTION58探索研究 RESEARCH AND DEVELOPMENT1 白车身密封的系统性设计良好的白车身密封性能，需要统筹考虑焊装工艺的密封设计、涂装工艺的密封设计、焊装密封与涂装密封的搭接设计，以及满足密封要求所需的尺寸公差、钣金搭接和零件设计等(见图 1)。任何环节的考虑不周详、设计不严密，都可能会导致白车身的密封性能失效，进而带来漏水/漏雨、锈蚀、透风、隔音降噪差等诸多问题。图1 白车身密封设计Fig.1 Sealing design of body in white因此，针对白车身的密封设计，需要进行系统性规划，并将其贯彻和落实于每一个数模设计阶段，以及产品和工艺的调试阶段，避免疏漏或失误。1.1 焊装工艺的密封设计焊装工艺的密封设计，通常有两部分组成，第 1部分是车身密封胶（液态膏状）的设计与施工，第2部分是泡棉膨胀片（固态泡棉状）的设计与安装。车身密封胶在钣金焊接之前施工，涂覆于其中一层钣金上，在焊接压合完成后存留在钣金间隙中，经过电泳烘房烘烤定型，最终起到密封两层钣金间隙的作用，因为通常在总成供应商或车身焊接车间内施工，因此称为车身密封胶2。车身密封胶用量比较少，通常用于涂装密封胶难以施工和保证质量的钣金区域或复杂结构，常见于前、中、后地板搭接、前后轮罩与车身搭接、尾灯安装区域，以及各类间隙较大的边角区域等，大致分布具体如图2所示。车身密封胶的定义位置，其钣金间隙的设计尺寸与公差为(30.2)mm，所选用的胶枪直径常为6 mm。图2 车身密封胶Fig.2 Sealing glue of car body泡棉膨胀片通常用于车身钣金结构较大的空腔和间隙中，譬如后尾灯钣金部位、A/B/C柱与地板搭接部位、后轮罩与车身主体搭接部位等，如图3 所示。泡棉膨胀片设计时应保证与周边钣金 3 mm 间隙，以确保电泳液的流通和沉积。此外，膨胀片的自身尺寸应保证：长度 L 500 mm,13 mm 宽度 W 120 mm，否则泡棉膨胀后容易产生不可靠的质量问题。最后，要预留一定的泡棉膨胀区域，避免堵塞装配工艺孔，或者与其他零件产生装配干涉。图3泡棉膨胀片Fig.3 Intumescent foaming block除密封防水外，焊装工艺还会涂敷折边胶以防止包边生锈、涂敷减震胶以隔音降噪、涂敷结构胶以优化焊点及连接强度等3，这些胶条在特定的位置区域，客观上也起到了防水、防锈、防噪、防尘等密封防护的作用，如图4所示。折边胶与结构胶的技术要求一致，所定义位置的钣金间隙的设计尺寸为 0 mm(零贴)，常选用的胶枪直径为 2 mm。减震胶的技术要求，则与前述的车身密封胶基本一致。田炳坤：白车身密封的设计、检查与验证59探索研究 RESEARCH AND DEVELOPMENT图4 折边胶、减震胶Fig.4 Sealing glue for bending and damping1.2 涂装工艺的密封设计涂装工艺的密封设计，主要是通过PVC密封胶的涂敷来实现，通常施工于电泳涂层烤干后的焊缝搭接处；其次，在车身底部和轮罩部位喷涂抗石击涂料也可实现部分密封功能；最后，部分热熔性的堵盖、堵塞和贴片，也会被设计和选用以实现车身孔洞位置的密封4。涂装工艺的密封设计如图5所示。PVC 密封胶需要根据产品设计和工艺条件，定义不同的涂胶类别、结构位置、间隙尺寸及公差范围，并选用与之对应匹配的胶枪类型和口径尺寸等。按出胶方式来说，涂装密封胶可区分为喷胶和挤胶两种。喷胶通常应用于地板底面、前后轮罩等对涂胶精度和外观要求不高的区域；挤胶则相反，主要应用于精度和外观要求高的位置，如车门包边、后流水槽、座舱内部可见区域等。按照位置区域和胶枪口径(a)PVC密封胶(b)抗石击底涂(c)热熔性堵盖、堵塞和贴片图5涂装工艺密封设计Fig.5 Sealing design of coating process的不同，挤胶又可进一步区分为粗密封、细密封和扁胶密封等。涂装密封胶的不同作业方式、胶枪/胶条尺寸和技术设计要求如表1所示。密封方式喷胶挤胶粗密封细密封扁胶密封位置区域地板底面和轮罩区域（钣金搭接相对平整的区域）座舱地板；轮罩及地板底部的复杂结构流水槽、立柱内侧、门盖包边门盖包边座舱地板胶枪/胶条尺寸胶枪：可调、可设置胶条：宽1520 mm,厚23 mm胶枪：4 mm,胶条35 mm胶枪：1 mm,胶条12 mm胶枪内径：宽7 mm厚1 mm;胶条：宽(82)mm,厚23 mm胶枪内径：宽4 mm厚1 mm；胶条：宽5 mm厚2 mm技术设计要求间隙尺寸 2 mm,Maxi 3 mm间隙尺寸 3 mm,Maxi 5 mm间隙尺寸=0 mm,Maxi 2 mm间隙尺寸=0 mm，Maxi 2 mm;半包边结构 Maxi 3 mm间隙尺寸 2 mm,Maxi 3 mm表1涂装密封胶的不同作业方式、胶枪/胶条尺寸和技术设计要求Tab.1 Sealing process,glue gun size and technical requirements当然，在具体的产品设计和实际应用中，还需要根据不同位置的结构特征进行针对性的适配和变通，以实现最优的密封效果，如边角孔洞区域实施双重或三重的胶条冗余设计，门盖包边的转角位置和影响外观感知的胶条位置实施刮平操作等。车身底部和轮罩部位的抗石击涂料，当其承担密封功能时，应当保证喷涂厚度大于钣金搭接的间隙尺寸；堵塞、堵盖和贴片等，其设计和选用原则也应基于车身孔洞的尺寸大小，严格保证密封性能。田炳坤：白车身密封的设计、检查与验证60探索研究 RESEARCH AND DEVELOPMENT1.3 焊装密封与涂装密封的搭接设计由于白车身部分位置和区域构造的复杂性，单纯靠焊装密封或涂装密封，无法形成有效的设计闭环，因此，必须研究两者的搭接设计，以求更好地实现密封性能。通常来讲，要求焊装胶条或膨胀片固化后溢出13 mm，以便于涂装胶施工时的搭接操作，如图 6 所示。或者直接采取特殊的搭接凹槽或搭接缺口，既方便搭接操作，又方便目视检查。需要注意的是，可视区域和不可视区域的搭接方式和尺寸控制应有所区别。相对来说，可视区域对外观感知质量要求较高，要严格控制好溢出尺度和搭接状态。图6焊装密封与涂装密封的搭接设计Fig.6 Lapping design of welding seal and coating seal总之，膨胀片、焊装胶和涂装胶是互相补充、互为一体的密封系统。当钣金结构由于材料成型和连接限制，变得相对复杂且间隙较大时，要统筹考虑各项方案的组合优化和选择变通，以确保密封策略的鲁棒性和密封结果的实效性。2 设计检查、验证与测试2.1 数模阶段的设计检查设计阶段的数模分析，首先需要在车型的 3D 数模中，装配膨胀片、焊装密封胶条、涂装密封胶条以检查密封线路的衔接性、系统性和完整性，避免设计定义的遗漏或缺失。检查膨胀片的形状、尺寸、卡接方式以及使用位置和装配界面。尽可能采用结构简单、形状尺寸稳定、卡接方式牢固的膨胀片，而且应重点检查其使用位置和装配界面的匹配性，避免由于位置和界面所引发的装配不到位、贴合不理想的问题发生。检查焊装密封胶条的设计位置、钣金间隙和尺寸公差要求，避免因钣金间隙和尺寸公差偏大而引发焊装密封胶条失效的问题。检查涂装密封胶条的设计位置、钣金间隙和尺寸公差要求，特别是复杂结构和边角区域的孔洞构造，更是要密切注意，并采取多重措施减小孔洞尺寸，进而提升密封措施的鲁棒性。此外，部分涂装胶条固化后，会对后续总装的零件装配产生干涉或者会影响外观面的感知质量等，这些问题也应纳入涂装胶的设计检查项目。考虑到涂装密封胶条的使用量最大、涂敷长度最长，因此，应在该环节投入较多的时间精力进行细致的检查和确认。除上述外，设计阶段进行密封定义检查时，还应综合考虑工厂生产条件对密封方案实施的具体作业限制，如机器自动化和人工作业的差异，会天然带来不同的施工参数要求。通常来说，机器人涂胶需要预设照相机的视觉定位点（或特殊的结构形状），并进行机器人作业的涂胶轨迹模拟，以保证胶枪运行轨迹的精准可靠和不受干涉。而人工涂胶，则需统筹考虑人工作业的劳动负荷以及人眼视线和手臂动作等方面的限制，避免在视线盲点和手臂难操作的位置定义胶条。数模阶段，在进行密封设计检查时，若是发现白车身的结构设计、钣金搭接、间隙尺寸、公差要求等不能满足、无法保证或难以符合密封功能所需的条件状态时，应及时与产品设计人员沟通，修改或优化产品设计，避免问题遗留到后续的制造环节，造成更大的成本浪费。2.2 样车阶段的检查、测试与验证样车试制阶段，密封方案的检测与验证集中在 3个环节：（1）电泳下线后的拆解检查；（2）面漆下线后的肥皂水或染色水测试；（3）总装下线后的淋雨测试。此外，还有加速老化循环实验车的拆解破检，以此检查和确认密封方案的耐久性与可靠性。（1）电泳下线后的拆解检查，主要是验证膨胀片与焊装胶条烘烤后的固化状态，是否达到了设计预期，以及是否实现了密封效果。除拆解破检外，还有使用内窥镜检测的方法来确认和验证膨胀片/焊装胶的实物状态与密封效果。田炳坤：白车身密封的设计、检查与验证61探索研究 RESEARCH AND DEVELOPMENT（2）面漆下线后的肥皂水或染色水检测，主要是验证涂装密封胶的固化状态是否能够保证设想的密封效果，特别是钣金搭接缝隙和边角孔洞尺寸较大的地方，更是要列为重点检查部位。此外，膨胀片/焊装胶和涂装胶搭接的地方，也要在该工序重点检查。当然，涂装车间所安装的堵盖、堵塞、贴片，包括底部抗石击涂料附带密封功能时，也应被列为检查内容。（3）总装下线后的淋雨测试，则是针对整车装备状态后的整体密封质量进行功能性检测，不仅包括了焊装与涂装实施的所有密封方案，而且还包括总装工艺所实施的各种密封措施。拆检/抽检一台做过加速老化循环试验的车，可以有针对性地检查和验证所有密封方案的耐久性和可靠性，避免车辆在寿命服役期间过早地出现密封失效和车辆漏水等质量问题。样车阶段进行白车身密封质量检查、测试和验证时，若是发现了密封不良的问题点，应当进行深入且细致地剖析，查明和追溯清楚密封不良产生的根本原因，到底是设计疏漏所引发，还是现场生产的监控不足所导致，然后有针对性地制定改进或改善措施，消除密封质量问题。2.3 量产阶段的检查与测试量产阶段的密封检查与测试所采用的手段和方法基本上与样车试制阶段保持一致，但更侧重于检查频次的设定与管理，具体如表2所示。量产阶段发生密封的质量问题通常是由于现场生产的工艺、材料/零件或人员变动等引起的，因此，不需要追溯和变更产品的结构设计，只需要加强现场工艺检查和质量监控即可。3结语本研究阐述的密封设计、检查、测试和验证等措施方法，是诸多密封策略中较为常见的一些手段和方式，此外还存在一些其他有效的措施和手段，如采用指压胶4填充和封堵尺寸较大且不规则的边角孔洞与缝隙，通过气密性测试、涉水实验测试5等方法考察和验证白车身的密封性等。综合来讲，白车身密封是一个系统性的问题，因此，必须进行详细的研究和设计，并且进行严密的检查、测试和验证，才能保证方案设计与制造施工的有效性、鲁棒性和可靠性，从而为用户提供优异的密封防水、防锈、防噪、防尘等性能。参考文献1郭媛钰,何妍.汽车密封胶条防水及控制研究 J.时代汽车,2022,378(6):172-173.2刘辉晖,周枫,熊俊.浅谈白车身密封设计 J.汽车与配件,2020(19):65-67.3刘美娜.车身焊装涂胶工艺研究 J.汽车工艺与材料,2019,372(12):40-43.4张强,杨磊,冯威,等.涂装同步工程分析之车身密封性分析 J.现代涂料与涂装,2021,24(5):42-44.5袁井丽,宋现爽,汤湧.涂装车间用胶类型及分布位置概述 J.汽车实用技术,2018,44(11):135-137.6陈军桥,张超.汽车车身的常用密封技术和验证方法J.汽车实用技术,2022,47(16):136-141.检测项目电泳下线后的拆解破检面漆下线后的检测总装下线后的淋雨检测热带淋雨检测频次每3个月抽检1次每班次抽检13台100%全检每班次抽检1台表2量产阶段的密封检测项目及频次Tab.2 Sealing test and frequence during massproduction田炳坤：白车身密封的设计、检查与验证欢迎订阅 涂层与防护 杂志电话 [phone]