高分子材料在汽车焊接装配中的应用_焊接汽车应用
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高分子材料在汽车焊接装配中的应用
车制造过程是由金属、非金属材料经过锻造、冲压、焊接、装配等工序组成的复杂的过程。汽车车身是汽车的主要组成部分，是汽车功能的主要载体，要求其具有美观时尚的外形，以满足人们的审美观；要求其具有安全的结构强度，以保证驾乘人员安全；要求其具有优良的密封性和防腐蚀性以及防噪、防震、隔热、隔音、阻尼功能，降低车内噪音和振动，从而提高车身使用寿命，并为顾客提供更为舒适的驾乘空间。因而作为保证和实施上述功能的车身焊装技术及新型高分子材料的应用，日益为汽车制造商所重视。
近年来，在汽车焊装工序中，广泛采用高分子粘接和密封技术来提高车身强度、耐疲劳性、抗腐蚀性、密封性、减震降嗓性等指标，并部分取代了焊接技术。本文将对该工序近年来的一些高分子材料的应用情况做一些介绍。
在焊装线使用的粘接、密封、补强材料，除了要满足汽车用胶的一般性能外，焊装工序用材料还必须具有优良的油面施工性和粘接性，无毒害，不易燃，能承受涂装前处理工艺的冲洗，不污染电泳液及涂层质量，对涂装工艺不会产生不良影响等特殊要求。目前焊装工序应用的高分子材料主要有6类：折边胶和折边胶带(结构胶)
汽车的车门、发动机罩盖和行李箱盖板等部件通常是将内、外盖板折边后点焊连接的。但是这种工艺使车身表面增添了许多由焊接而造成的凹坑，严重影响了车身的外观质量。为了解决这个问题，国外从70年代开始采用粘接取代点焊的方法来生产汽车车门、发动机罩和行李箱盖的折边结构，所用的粘接剂称为折边胶。图1为折边工艺过程示意图。
以粘接代替焊接制造汽车折边部件有着十分广泛的应用前景，是汽车制造工艺的发展方向之一，在国外汽车厂家已获得广泛应用。根据国外标准和应用情况，折边胶剪切强度不应小于20Mpa，剥离强度不应小于3KN/m。除了车门、发动机罩、行李箱盖以外，也可用于侧围等其它部位。折边胶带(或结构胶片)是随着国外新车型进入我国的高性能汽车结构粘接材料，现用于一汽丰田轿车的中控门锁加强件等部位的粘接，该部位由于间隙较大，因而糊状折边胶因施工问题难以应用。折边胶带的剪切强度、剥离强度等主要参数均优于折边胶，可部分代替糊状折边胶使用，例如字通客车，但价格较贵，适合推广应用于汽车其他间隙较大或高承力结构部位的粘接。折边胶带(片)己由北京龙苑公司研制成功并成功应用，产品符合日本丰田技术标准。点焊密封胶和焊接胶带
焊装工序是将冲压好的各种薄板零件采用焊接方法组装部件，如今在大规模自动化的汽车生产线上，点焊焊接工艺被普遍采用。但该工艺存在的缺陷是，两个焊点之间焊缝存在不可避免，焊缝处密封性的好坏直接关系到车身的质量和耐锈蚀能力，是整车技术性能中一项十分重要的指标。在汽车制造中，如果各钣金件连接处的缝隙没有采取有效措施进行密封，汽车在行驶中必然出现漏水、透风和漏尘现象，严重的可能引起焊缝处钢板的锈蚀，使钢板过早穿孔，加速车辆的报废。汽车制造业现在通用的焊缝密封方法是涂布点焊密封胶。按其使用性能上可以分为膨胀型和非膨胀型两大类，使用工艺如下：冲压件在焊装前，将胶涂敷在冲压件结合处的单板上，然后将两板合拢点焊，点焊胶随电泳漆、中涂面漆等烘烤工序一块固化。
汽车生产中使用的点焊密封胶要求具有好的施工工艺性、触变性，能够保证密封性能，在经过后序涂装工艺前处理时，不被冲洗掉，同时不能污染电泳液，点焊胶中不能含有有机硅类物质，微量的有机硅树脂都可能对电泳漆和面漆质量造成危害。点焊胶不能影响焊点的强度，焊接时不能分解出有毒气体或能引起金属锈蚀的物质，加热过程中不流淌，胶膜固化后足够的弹性和附着力，耐介质，耐老化。
上面介绍的点焊胶绝大多数都是膏状物，这种膏状密封胶在性能上能满足技术要求，但在施工工艺上却有不足之处，如需专用机械涂胶机或手动涂胶枪；施胶量不易控制，施胶过多会在搭接件点焊时溢出，污染工位，影响生产效率；过少时易产生缝隙，导致密封失败。我们公司根据日本同类产品指标，结合多年为各大汽车厂配套服务的经验，研制出了膨胀型点焊密封胶带，产品性能完全达到了日本丰田技术标准，克服了糊状点焊胶施工不方便的缺点，大大提高了汽车生产厂家的生产效率。膨胀型防震粘接剂(半结构胶)在汽车车身制造过程中，车身覆盖件外板与车架的、车身驾驶室顶盖与加强梁、车门、发动机罩盖以及行李箱盖与加强梁或内外板等部件的组合，过去通常采用直接焊接方法。该类部件中零件之间的间隙较大，点焊或C02保护焊均会严重影响制件外观质量，而且较大的间隙在行车中可能因振动而生产噪音。为了克服以上缺点，现在通常做法为在焊装前，将膨胀型防震粘接剂涂布在薄板与加强件之间，经油漆烘干设备加热固化，胶层具有较高的粘接强度，受热膨胀后将加强件与外板紧密结合成为一体，可以完全取消结合焊点，因而可以提高车身外表的美观性，消除行车中的振动和噪声，膨胀型防震粘接剂的使用部件如图2。
膨胀型防震粘接剂通常为糊状物，其使用工艺条件和要求与点焊密封胶基本相同。由于是糊状，膨胀型防震粘接剂在用于汽车引擎盖、车身侧板等大缝隙填充减震时，由于施胶部位间隙都比较大，在施胶后的装配过程中常常引起胶料挤出飞流挂，导致缺胶起不到减震效果的问题。国外最新进展是采用成型的膨胀橡胶胶带来解决该问题，该膨胀型减震胶带由于采用合成橡胶材料，状态呈固态，克服了上述缺点，而
且减震效果也远远优于糊状减震材料。龙苑公司吸取国外同类产品优点，已研制成功并有多种型号产品获得广泛应用。补强胶片(部件局部增强和延寿材料)
随着汽车向轻量化、高速、节能方向的进一步发展，车身钢板厚度控制越采越严，汽车钢板在车身成型过程中，因冲压拉伸变得较为薄弱，加之在汽车长期使用过程中，薄弱处如车门拐角、拉手等部位经常开启、关闭受到反复的拉力、撞击和振动等应力作用，会导致该处金属板产生疲劳，在应力能量不能分散、消耗情况下，导致这些部位产生裂纹。国外汽车厂家譬如丰田、大众等一般采用局部粘贴复合材料补
强的方法来解决该问题。粘贴补强胶片的目的就是通过补强胶片中橡胶分子的松弛作用，在受力作用下产生位移和形变，使应力均匀分散，从而消耗掉外界施加的能量，消除或减弱应力能量对钢板的影响，增强其抗疲劳性，避免裂纹的产生或阻止其扩展。
通过贴附补强胶片不仅能提高钢板的疲劳断裂强度，弯曲强度和刚度，且在碰撞时通过自身形变吸收冲击能量，提高车身耐撞性，有效提高车身的安全性能指标。图4为二者对比，由数据可看出：粘贴补强胶片钢板的最大破坏载荷为810牛顿，比未粘贴补强钢板的最大破坏载荷643牛顿高出167牛顿，增加了25%的破坏载荷。由此可见，在需要局部增强的部位粘贴补强胶片可以大大提高部件的使用寿命。补强胶片系近两年来国内汽车长开始使用的新产品，本公司生产的LY—306和LY-308补强胶片已在多家汽车厂成功应用获得一致好评。隔音降噪一高膨胀填充物
为了降低汽车车身整体重量而不降低汽车整体强度，往往将某些加强部位做成空腔结构，如车身前风挡玻璃两侧立柱(A立柱)、门立柱(B立柱)等部位，但这些部位在车辆高速行驶过程中，车身的扭转刚度对汽车行驶性能影响显著，刚度不强，A、B立柱、车门、顶盖等断面在汽车行驶过程中受力产生变形，尤其是在发生意外碰撞是后更是如此；而且车身外部噪音会进入立柱空腔，产生共振现象而导致车厢内噪音升高，从而影响汽车的驾乘舒适性。目前汽车工业开始使用新型的高发泡材料用于汽车补强、降噪。目前大多数高档车型如奥迪A6都在A立柱填充了发泡材料。
目前应用的高膨胀材料一般分为两类，一类是单组份聚氨酯发泡材料，发泡倍率10～20倍左右，主要在总装工序使用，其优点是膨胀倍率高，施工迅速，缺点是需要专门的施工设备，投资大，单组分发泡聚氨酯成本高；另一种是橡胶型高发泡材料，发泡倍率在8～15，用于焊装工序，同电泳、中涂、面漆一块膨胀固化，其优点是施工方便，投资小，不污染电泳液、面漆，缺点是膨胀率不如单组分发泡聚氨酯。
试验证明，同等质量的发泡增强材料比传统的钢板加厚材料的抗冲击性能提高100%左右，本公司与一汽合作试验，通过对某车型50辆汽车A/B立柱填充LY—307橡胶型高膨胀填充物，其驾驶室平均噪音下降5分贝左右。
六、导电防腐涂料-导电底漆
在轿车行业，车身都是采用电泳来解决车身防锈问题的，但在客车行业，因为客车车身巨大，如果采用电泳漆而要修建的电泳槽投资太大，因而国内客车企业大部分采用涂刷防锈漆的方法解决车身防锈问题，传统的防锈漆均不导电，一般是先将焊接组装后涂刷防锈漆，或者先涂防锈漆，再于焊装前打磨掉待焊部位的防锈漆，这样在焊点部位乃至整个搭接区域未得到有效的防腐蚀保护，往往导致该部位产生锈蚀
源。本公司的单组分/双组分导电底漆既有效的实现了全面防护，又满足了焊装工艺的要求，多年采在北京北方、金华北方、宇通客车、重庆安凯、中通客车等成功使用，反映良好。
上文简要介绍了几种新型高分子材料在汽车焊装工序中的应用情况，随着国际间汽车制造技术的发展和交流，必将有更多更新的高分子材料应用于汽车制造工业。
参考文献 1 聂清武 时鸿栋 在汽车车身成型工艺中如何正确选用点焊密封胶 粘接，1997，(4)：34～37；邓仕珍 范增海 汽车车身制造工艺学 北京：北京理工大学出版社，1997； 3 乐玉汉 轿车车身设计 北京：高等教育出版社，2000；伍必兴 栗成金 聚合物基复合材料北京：航空工业部材料室，1990； 5 杨清芝 现代橡胶工艺学 北京：中国石化出版社，1999；马宝珊 吴荣珍 科学工作者常用数据手册 黑龙江：黑龙江科学技术出版社，1986。作者简介：聂清武(1943一)，男，研究员级高级工程师。1966年毕业于西北工业大学高分子材料专业，本科学历：1976年起从事航空结构胶接技术方面研究，共获国家科技进步二等奖、航空科技进步二等奖等6项。1989年创办龙苑公司，现任公司总经理。
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