铝件车身的质量控制

2023年12月26日发(作者：宝马1系敞篷车)

铝件车身的质量控制

摘要：基于铝合金的特性，结合一汽-大众的奥迪铝件车身生产工艺特点，对铝件车身的质

量控制进行研究，包括铝板的入口检验和仓储、冲压、水洗钝化、焊装、油漆工艺的过程控制及

产品质量检验等。详细介绍了铝件新型连接的缺陷判定及返修方法，总结了现有铝件质量控

制的难点，探讨了无损探伤和光学测量等解决途径。

关键词：铝件 车身 质量控制

中图分类号：U465.2+2

文献标识码：B

一汽大众汽车有限公司 冯 杰

1 前言

轻 量 化 不 仅 是 当 今 汽 车 领 域 新 技 术 的 代 表 ，

也是全球各大汽车厂商核心竞争力的主要体现。

轿车车身轻量化更是节能汽车的关键领域，因为

轿车车身质量约占整车的 40%，一辆轿车大约 60%

的油耗用在车身质量上。所以车身的轻量化对于

整车轻量化起着举足轻重的作用，正成为 21 世纪

[1]全 球 汽 车 技 术 的 前 沿 和 热 点 。 选 择 合 适 的 车 身

达 20 年的研究和开发。目前，奥迪公司已将 A8 铝

车身技术扩展至 A2、Q3、Q5，A6 车型上，主要应用

在发动机罩盖、行李箱盖和四门上。

一 种 新 技 术 的 诞 生 ，必 然 引 起 相 应 环 节 的 变

化。铝件车身技术的应用给车身质量控制提出挑

战，只有应用与铝件车身技术相适应的质量控制

方法，才能保证车身质量，从而实现铝件应用的目

的 。 一 汽 -大 众 国 产 的 奥 迪 车 型 中 ，Audi A6 车 型

的 4 个车门、Audi Q5 和 Audi Q3 的发动机罩盖、行

李箱盖都是铝件。结合一汽-大众的奥迪铝件车

身生产工艺，对比传统钢车身生产工艺和控制方

法，阐述铝件车身的质量控制方法。

铝件车身生产工艺包括冲压→铝件单件酸洗

钝化→焊装→涂装。铝件车身的质量控制从铝板

开始。

材质是保证汽车轻量化的重要方法之一，铝合金

材料作为一种具备多种优良性能的轻质材料，成

为汽车轻量化的首选材料。

近 年 来 ，我 国 铝 合 金 零 部 件 在 汽 车 上 的 应 用

发展较快，特别是应用在发动机、传动机构、转向

系统、制动器、行走系的铝合金零部件和各种附件

的铝铸件发展迅猛；铝合金轮毂则成为出口量最

大的汽车零部件。但是作为铝合金材料应用主体

的铝合金车身，却开发滞后，与国际差距巨大，成

为近年国内热点。

奥 迪 的 全 铝 车 身 框 架 结 构（ASF）是 奥 迪 公 司

的一项核心技术，在这一领域奥迪公司进行了长

2014 年 第 11 期

2 铝板的质量控制

一汽-大众奥迪车型的铝材主要选用 6000 系

Al-Si-Mg 热处理铝合金。

6000 系 Al-Si-Mg 热 处 理 铝 合 金 的 过 饱 和 铝

基固溶体具有时效强化特性，即在室温或加热到

汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M 21

生

产

现 场

某 一 温 度 时 ，其 强 度 和 硬 度 随 时 间 的 延 长 而 增

高，但塑性降低。因此要求铝材必须在热处理后

3.1 冲压工艺特点

开卷落料线无需清洗铝料。铝料片板为真空

吸附传送，卷料落料后以料垛形式存放。

铝 板 无 磁 性 ，拆 垛 用 压 缩 空 气 吹 起 分 层 代 替

磁力分层。铝板表面润滑剂是干性的，是随来料

一起提供的。为避免铝件表面刮伤或压痕，冲压

铝板前要彻底清擦生产线与零件接触的部位。铝

板由于厚度大、伸长率低，冲程次数较钢板低 1~2

次/min；铝板 n 值（加工硬化指数）大，拉延、翻边工

序中回弹大，工序件与模具服帖性差；铝板 r 值（塑

性应变比）小、屈强比大、伸长率低，成形性能差，

必要时添加液体拉延油以避免零件裂纹；铝板剪

切 性 差 ，修 边 时 易 产 生 铝 屑 ，造 成 模 具 垫 料 屑 严

重 ，每 生 产 300~500 件 需 清 擦 1 次 模 具 ，每 批 次 生 产前需彻底清洁模具。

3.2 冲压过程控制

生 产 过 程 中 冲 压 件 检 查 的 标 准 是 极 限 样 件 ；

极限样件是由质保部门制做的允许生产的最低标

准的实物样件。生产过程中的检查分为首检、专

检、抽检和末检。

a.首检，对外板件前 3 件、对内板件第 1 件停线

3~5min 做首检；

b.专检，分区域对制件进行线上 100%专检；

c.抽 检 ，每 200 件 抽 1 件 进 行 100%砂 网 、砂 纸

打磨检查；

d.末 检 ，每 批 次 生 产 结 束 时 对 尾 件 进 行 100%

打 磨 检 查 ，再 将 末 检 件 保 存 好 ，作 为 下 批 次 生 产

参照。

专 检 的 质 检 工 具 为 圆 形 砂 网 ，一 次 性 检 查 面

积大，效率高。抽检使用细砂纸（细砂纸粘贴在木

6 个 月 内 完 成 加 工 ，以 免 材 料 微 观 组 织 变 化 而 引

起 加 工 性 能 的 变 化 。 6000 系 Al- Si- Mg 合 金 在

185 ℃ 下 加 热 20 min 后 ，屈 服 强 度 有 较 明 显 的 提

高，一般在 70 MPa 以上，呈现出烘烤硬化现象。

2.1 入口检验

根 据 材 料 供 货 技 术 条 件 协 议 ，铝 板 入 口 时 需

分 别 检 验 铝 板 的 几 何 尺 寸 、表 面 质 量 、机 械 性 能

和 化 学 成 分 。 检 验 铝 板 的 几 何 尺 寸 包 括 检 验 卷

宽和板材的厚度。铝板表面涂抹干性润滑剂，润

滑 层 要 求 在 0.7~1.5 g/m2

之 间 ，表 面 粗 糙 度 Ra 满

足（1.0±0.3）μm 并 且 RPc≥40 cm- 1

。 对 于 内 板 板

材 ，表 面 不 允 许 有 影 响 使 用 的 缺 陷 ；对 于 外 板 板

材 ，不 得 有 任 何 缺 陷 ，因 为 不 能 影 响 油 漆 后 的 外

观 质 量 。 外 板 板 材 的 另 一 面 必 须 达 到 内 板 的 表

面 质 量 要 求 。 检 验 铝 板 的 机 械 性 能 采 用 欧 洲 标

准 EN10002 中 L=80 规 格 的 拉 伸 试 样 ，取 样 时 垂

直 于 轧 制 方 向 ，检 验 在 交 货 状 态 T4 和 加 工 后 状

态 T64（预 拉 伸 总 伸 长 率 达 到 2% 并 保 持 185 ℃ 加

热 20 min）这 两 种 情 况 下 的 屈 服 强 度 、抗 拉 强 度

和 A80 伸 长 率 。 检 验 铝 板 的 化 学 成 分 参 照 标 准

编号所列的成分含量。

2.2 仓储

铝 板 应 采 用 塑 料 膜 密 封 包 装 ，并 用 木 托 做

底。铝板垛不得叠加得过高，保持在 4~6 层为好。

仓储温度在 5~40 ℃，温度过低会造成表面润滑剂

的变化，温度过高会使材料发生时效强化。

3 铝板冲压工艺的质量控制

铝 板 冲 压 工 艺 与 钢 板 基 本 相 同 ，包 括 开 卷 落

料、拉延、修边、冲孔和整形等工序。 铝具有密度小、耐腐蚀等特点，且铝合金的塑

性优良，铸、锻、冲压工艺均适用，最适合汽车零部

件生产的压铸工艺。但铝合金板材表面硬度低，

易造成划伤等表面缺陷；再者铝合金的弹性模量

小，冲压成型反弹性大，深冲压性能较差, 伸长率

小，易形成裂纹。

棒上做成油石状）或铝件专用油石。所有铝件和

钢件工具要求分开使用。

首件质量优于或等同于极限样件是能否开始

生产的先决条件。若首件劣于样件水平，则需优化

到极限样件的状态才可批量生产。如不能在短时

间内优化到极限样件程度，可通过油漆实验判定是

否影响整车外观质量及影响程度，来决定能否继续

生产或批量放行。在生产过程中，垫废料引起的坑

2014 年 第 11 期 22 汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M

生

产

现 场

包和拉延缩颈、裂纹是检查的重点关注项。

3.3 冲压单件的产品检验

要原因之一[2]。

水洗钝化旨在脱掉铝件表面的油脂和在自然

环境下产生的不均匀的氧化膜，并通过铝合金与

酸性溶液反应，生成一层均匀致密的氧化膜。

4.1 水洗钝化工艺

水洗钝化的工艺流程为脱脂→水洗→钝化→

水洗→烘干。其设备包括脱脂槽、工业水洗槽、钝

化槽、纯水清洗槽、烘干炉和废水排放槽。

首先，将铝件放入脱脂槽中，让含有表面活化

剂 30% ~60%的碱性清洗液以浸渍方式清洗铝件，用

以去除油脂。其次，将铝件放入工业水槽中，用以

浸洗残留的碱性溶液。再次，将铝件放入钝化槽

中，让其中的氢氟化铵、六氟钛酸和硫酸的酸性槽

液与铝件表面的氧化膜进行化学反应，用以除去表

面氧化膜，形成一层含钛的均匀致密的氧化薄膜，

起到表面保护和调整作用，有利于胶的连接、焊接

和油漆。最后用去离子水清洗铝件表面残留的酸

性液体，清洗后的零件在烘干炉内进行干燥。

4.2 水洗钝化槽液的检验

水 洗 钝 化 槽 中 液 体 的 成 分 对 于 铝 件 钝 化 的

质量至关重要。工艺人员需定时抽取槽液，检测

其 游 离 碱 、游 离 酸 、PH 值 、温 度 和 污 染 度 等 参 数

（表 1）。 当 槽 液 工 艺 参 数 超 出 规 定 范 围 ，调 控 人

员 需

调整槽液参数，使其达到要求值。水洗钝化槽液

每 4 周更换 1 次。

表 1 水洗钝化槽液检验指标

冲压件的产品检验包括冲压件奥迪特评价和

尺寸测量。

依据德国大众集团整车生产的产品审核标准

实 施 冲 压 件 奥 迪 特 评 价 ，即 每 1 生 产 批 次 评 价 1

次，包括冲压件的表面缺陷、可见的材料缺陷及明

显的尺寸缺陷等。奥迪特评价采用目视、手感和

检查工具的评价方式。检查工具包括铝件专用油

石、细砂纸、刀口尺和游标卡尺。奥迪特评价的缺

陷根据其严重程度和在整车中所处的位置，分为 A

类缺陷、B 类缺陷和 C 类缺陷。A、B 类缺陷不允许

存在，C 类缺陷参照极限样件进行处理。

尺寸测量采用三坐标测量机测量零件的定位

点、孔位、形面、轮廓等。测量点分为功能点和制

造 监 控 点 ，功 能 点 尺 寸 必 须 在 公 差 范 围 的 75% 以

内；制造监控点尺寸要求在公差范围内。根据尺

寸的稳定性，确定测量频次，一般模具发生变化即

需要做测量验证；在稳定生产时，一般 7~8 批次测

量 1 次。

根据冲压件奥迪特评价报告中出的缺陷的严

重程度和单件测量报告中给出的超差点程度，优

化改进模具，调整设备参数，满足产品质量要求。

4 水洗钝化过程的质量控制

铝件上的干性润滑剂在冲压过程中有助于材

料 流 动 ，使 材 料 变 形 更 加 均

匀，减少裂纹和褶皱。但是干

性 润 滑 剂 中 的 油 脂 成 分 却 阻

碍 焊 接 和 胶 连 接 。 铝 合 金 的

化学活泼性很强，在空气中很

易 氧 化 成 致 密 的 难 熔 氧 化 铝

（Al2O3.熔 点 2 050 ℃），加 之 铝

及其合金导热性强，焊接时容

易造成不熔合现象，同时氧化

膜（特别是有 MgO 存在的非致

密的氧化膜）可以吸收较多水

分 而 常 常 成 为 焊 缝 气 孔 的 重

2014 年 第 11 期

检验项目 检验内容

游离碱：PH 值

检验频次

2 次/班

1 次/班

2 次/班

检验仪器

PH 测量仪

测温仪 表面活性剂化学分析检验仪器

电导率测量仪

PH 测量仪

PH 测量仪

测温仪 化学分析检验仪器

电导率测量仪

PH 测量仪

脱脂区槽液参数 温度 60~70

℃

和铝离子含量

水洗 1~3 区槽液参数 电导率 PH 值

游离酸

钝化区槽液参数 温度 35~45

℃

铝离子含量

2 次/班

水洗 4~6 区槽液参数

电导率

PH 值

2 次/班

汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M 23

生

产

现 场

4.3 水洗钝化零件的检验

通 过 检 验 铝 件 试 样 表 面 的 电 阻 值 ，来 评 价 水

冷过渡焊接。

铝 件 焊 装 工 艺 包 括 铝 铝 和 铝 钢 的 连 接 工 艺 ，

包括冲连、冲铆、激光焊、CMT 焊和涂胶压合。

5.1 冲连的质量控制

5.1.1 冲连工艺 冲 连 工 艺 是 一 种 冷 加 工 工 艺 ，通

过 一 个 冲 压

加工过程，让板材经凸凹模的机械挤压形成两层

板间口小而底大的微梯形截面的圆柱结构，从而

使两层板材产生自锁功能，不能相对移动，达到连

接的作用，如图 1 所示。这种连接方式用于钢钢、

钢铝和铝铝连接。特别在钢铝连接时，需要在钢

铝间加涂密封胶。

洗钝化的质量。当试样表面电阻值小于 20 μΩ时,

钝化质量合格。当试件存放 8 周后，要求电阻值小

于 30 μΩ。

5 铝件焊装工艺的质量控制

一 汽 - 大 众 奥 迪 车 身 上 ，铝 件 应 用 在 发 动 机

罩盖、行李箱盖、四门、翼子板的边板和减震器支

座上。

铝和铝合金化学性质活泼，导热性强，铝合金

的线膨胀系数大，高温塑性差，可焊性差，因此，铝

件焊接需要采用新型的连接技术如冲铆、冲连和

（a）冲连工艺-准备 （b）冲连工艺-下压 （c）冲连工艺-成形

图 1

冲连工艺

（d）冲连工艺的结构形式

一 般 情 况 下 ，冲 连 连 接 使 用 在 拉 伸 强 度 要 求

不高、剪切强度有一定要求的位置，如发动机盖、

行李箱盖和翼子板总成。

5.1.2 过程控制 冲连接头真正功能点在两层板材间的锁紧结

构，因此设备的保障尤为重要。 在 生 产 过 程 中 ，冲

连 设 备 采 集 冲 连 压 力 和 冲

连点底厚值作为设备监控报警指标。每班次设备

操作人员需要检查冲连模具冲头、底模是否有损

坏情况并清洁模具。设备维护人员还需定期测量

模具厚度，调查模具磨损状态，严格按规定更换冲

连模具冲头、底模，对更换后的冲连接头质量进行

检验确认。

每 班 次 检 查 外 观 质 量 ，依 据 图 纸 和 冲 连 标 准

对冲连的位置、直径、底厚、裂纹、表面对中性等进

行检查，如表 2 所示。检验方式采用目视（必要时

使用放大镜）、测厚仪和游标卡尺测量，其中底厚

24 汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M

值是现场检验冲连质量的重要指标。当现场外观

检验不合格时，需送实验室检验。

5.1.3 质量检验 冲连质量检验包括外部和内部检验。外部检

验 采 用 目 视 的 方 法 ，主 要 包 括 冲 连 的 位 置 和 裂

纹。内部检验需要制作冲连剖面试样，使用显微

镜测量接头的几何形状，检验指标主要有底厚、咬

边、颈部厚度如表 3 所示。

咬 边 尺 寸 f 是 冲 连 内 部 尺 寸 检 验 的 重 要 指

标。由于试样切面位置选择不同以及磨抛量大小

不同，容易造成误判。在必要时，需要进行拉伸强

度检验和剪切力检验。拉伸强度和剪切力检验是

判定冲连接头合格的最终权威手段。

在剖面检验中，若缺陷比较严重，采用外观目

视检查，可以被发现。外观目视检查也是剖面检

查的第一步，用以避免切割后评价不全面或缺失

对某些缺陷的评价。由此也可以看出，外观目视

2014 年 第 11 期

生

产

现 场

表 2 冲连外部检验质量特征

图示

5.2 冲铆的质量控制

5.2.1 冲铆工艺 铝的热容约为碳素钢和低合金钢的两倍。在

焊接过程中，大量的热量被传导到基体中，致使大

量的热量消耗在金属其他部位。并且铜合金电极

特征

裂纹

与铝合金工件易发生铜铝合金化反应，导致铝合

金点焊电极寿命显著下降，使电极必须频繁整修

及更换，严重降低了生产效率，导致点焊质量不稳

定并增加电极材料消耗[3]。

为避免这些缺陷，采用铆接技术，此技术能够

底厚

tb

完成符合强度要求和表面质量要求的连接。把简

单对称的铆钉用作辅助连接元件，板件不需要预

冲 孔 ，即 可 冲 压 出 带“ 芯 ”的 圆 点 连 接 ，如 图 2 所

外径

示。铆钉使用钢制材料，用于铝铝和铝钢连接（如

Audi A6 车 门 内 板 铝 板 相 互 的 连 接 和 轮 罩 铝 件 和

钢件的连接），连接强度高于传统的冲孔铆接。

对称度

表 3 冲连内部检验质量特征

特征

图示

底厚

tb

f

（a）冲铆工艺

咬边

tn

颈部厚度

（b）冲铆结构

检查是完整评价铝件连接方式必不可少的重要环

节，也是进行其他检验的前提。

5.1.4 返修方法 冲连点外部裂纹或咬边尺寸不合格，可采用 3

种方式返修。

a.在缺陷点附近 15mm 处补加一个冲连点；

b.打孔拉铆；

c.附加一个冲铆点。

图 2 冲铆工艺

5.2.2 过程控制

冲 铆 生 产 过 程 中 ，底 模 磨 损 程 度 和 冲 头 对 中

性 直 接 影 响 冲 铆 接 头 的 质 量 。 故 应 定 期 检 查 底

模，视状态进行更换。冲铆外观检查可以初步辨

别冲头对中性和底模状态，每班次 1 检。冲铆外观

检查主要包含以下 3 项：铆钉位置、对中性和裂纹

存在情况，如表 4 所示。铆钉位置应根据图纸的要

2014 年 第 11 期 汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M 25

生

产

现

场

求进行确认。铆钉对中性应保证偏差在 0.4 mm 以

内。冲铆的裂纹主要指凸台裂纹，外观检查可以

表 5 冲铆检验质量特征

特征 图示

便捷及时地识别铆钉严重穿透底板的缺陷。

表 4 冲铆外部检验质量特征

特征 图示

咬边

>0.1 mm

铆钉穿透底板

>0.1 mm

铆钉裂纹

0.4

铆钉与底部板

材压环不对称

铆钉穿透底板

5.2.3 质量检验

冲 铆 质 量 检 验 除 目 视 检 查 冲 铆 外 部 质 量 外 ，

还需要对冲铆连接点进行剖面显微镜检验，检验

的项目包括咬边厚度、剩余底厚、裂纹、对中性和

匹配间隙等，如表 5 所示。冲铆咬边厚度必须大于

0.1 mm；剩余底厚应大于 0.15 mm；当剩余底厚在 0

和 0.15 mm 之间时，允许生产，但必须尽快调整设

备到标准要求。铆钉对中性应保证偏差在 0.4 mm

以内；铆钉上浮高度在不可视区域应小于 0.3 mm，

在可视区域应根据具体的图纸要求进行判定；冲

铆的裂纹包括铆钉裂纹和凸台裂纹。

实 践 证 明 ，外 观 对 称 性 好 、形 态 规 范 的 连 接

点，其内部剖面尺寸也符合要求。

5.2.4 返修方法

铆 钉 有 裂 纹 或 咬 边 厚 度 小 于 0.1 mm 的 冲 铆

点，需要进行返修。位置在内部的，可进行拉铆或

者在旁边再冲铆一点；位置在外部的，可视区域再

附加一个冲铆点。

5.3 激光焊的质量控制

5.3.1 激光焊工艺 铝 件 激 光 焊 采 用 填 丝 激 光 焊 ，这 是 因 为 铝 合

26 汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M

铆钉上浮

>0.15 mm

>0.15 mm

>0.15 mm

剩余底厚

铆钉下沉深度

铆 钉 与 底 部 板

材压环不对称

0.4

金的焊接裂纹是热裂纹，裂纹的产生与冷却时间

（或焊接速度）密切相关，裂纹主要分为结晶裂纹

和液化裂纹。铝合金激光焊接产生的结晶裂纹是

由于焊缝金属结晶时在晶界处形成低熔点共晶化

2014 年 第 11 期

生

产

现

场

合物导致的，焊缝金属氧化生成的 Al2O3

和 AlN 也

会成为微裂纹的扩展源。液化裂纹是熔化的铝合

金在凝固过程中局部塑性变形量超过其本身所能

承受的变形量的结果。消除热裂纹的常用方法是

使用填充材料，即填丝，这能有效地防止焊接热裂

纹，提高接头强度。

5.3.2 过程控制 铝件激光焊的质量与设备、设备参数有关，同

时还与零件匹配度相关。在生产过程中需要严格

按照规定更换送丝嘴和激光保护镜片，详细记录

设备更换信息、参数的设置和更改，夹具夹持位置

必须保证零件贴合。长期经验证明，激光焊轨迹

距离零件边缘小于 4 mm 或大于 7 mm,有利于焊接

气 孔 的 消 除 ；裂 纹 与 零 件 的 匹 配 间 隙 直 接 相 关 。

在生产过程中 100%外观目视检查激光焊焊缝，目

视检查内容包括焊缝的位置、焊缝有效连接长度、

背面焊迹及焊缝表面质量，如表 6 所示。常见的缺

陷主要有焊缝表面气孔、无焊迹、焊偏及裂纹等。

激光焊过程控制附加定期在现场进行扁铲破坏性

检验。

5.3.3 质量检验 铝件激光焊质量依据德国大众铝件激光焊标

准进行检验，除如表 6 检查激光焊缝外观质量外，

同样需要制作激光焊缝剖面试样，使用显微镜测

量接头的几何形状，测量气孔面积比例，评价接头

的质量状态。铝件激光焊内部检验内容包括焊缝

厚度、熔深、气孔和裂纹等，如表 7 所示。缺陷主要

有焊缝厚度小、熔深不够、焊缝短、无连接、气孔多

和焊接裂纹等。

铝件激光焊接后，外部不允许出现可见裂纹；

但是经过碰撞试验和防腐试验验证，少量法兰边

内 部 的 微 裂 纹 不 影 响 强 度 和 防 腐 功 能 ，允 许 存

在。法兰边指两层板搭接焊时，其中一层板在焊

缝以外的区域呈自由状态的边缘。无论是气孔还

是 失 效 焊 缝 ，都 不 允 许 超 过 规 定 焊 缝 长 度 的 5%。

熔深必须保证在 0.25 mm 以上。

5.3.4 返修方法 位 于 不 可 视 区 域 的 激 光 焊 的 焊

缝 ，若 出 现 厚

2014 年 第 11 期

微裂纹

热应力裂纹

[4]表 6 激光焊外部检验质量特征

特征 图示

焊缝表面

气孔

焊迹

焊缝位置

及长度

法兰边侧

度不够、熔深不够、无连接、外部裂纹气孔等情况，

可 采 取 手 动 TIG 焊（Tungsten inert gas welding 钨 极 惰性气体保护焊）或 MIG 焊（metal inser gas welding 熔化极惰性气体保护焊）补焊；位于内部的焊缝， 若出现裂纹和气孔，一般不建议返修。

5.4 CMT 焊的质量控制

5.4.1 CMT 焊工艺

CMT 是 Cold Metal Transfer 的 缩 写 ( 冷 金 属 过

渡)，CMT 冷金属过渡技术是在短路过渡基础上开

发 的 。 同 采 用 金 属 熔 滴 过 渡 的 传 统 气 体 保 护 焊

MIG、MAG（metal active gas welding 熔化极活性气体

汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M 27

生

产

现 场

表 7 激光焊内部检验质量特征

图示

板材折边处的角焊缝

~30% ，用 在 铝 件 上 称 熔 焊 ，用 在 钢 件 上 称 钎 焊 。

CMT 焊非常适合用于铝材的焊接，大大减少了焊

缝区域变形，使焊缝均匀一致，并且没有飞溅,也减

少了焊后返工的几率。

SN1

特征

5.4.2 过程控制

焊接参数和零件的匹配性是影响 CMT 焊的主

要因素。

在生产过程中，进行 100%的 CMT 焊缝目视检

查，目视检查应完整评价焊缝的以下几方面内容：

板材搭接的角焊缝

焊缝厚度

SN2

焊 缝 位 置 、焊 缝 有 效 连 接 长 度 及 焊 缝 表 面 质 量 。

常见的缺陷主要包括焊缝烧穿、表面气孔、焊偏、

焊缝末端弧坑，如表 8 所示。

板材搭接焊缝

SN2

f

f

表 8 CMT 焊外部检验质量特征

特征 图示

焊缝烧穿

f

熔深

焊缝无连接

焊缝表面气孔

焊缝部分未形

成有效连接

焊缝气孔

裂纹

微裂纹 热应力裂纹

焊缝末端弧坑

法兰边侧

零件内侧

保护焊）相比，CMT 焊热输入量更小。不同于短路

过渡的焊丝爆断，CMT 靠焊丝回抽帮助过渡，从而

实现无飞溅焊接。CMT 焊的热量比 MIG 焊低 20%

根 据 目 视 检 查 的 结 果 ，并 参 考 零 件 的 测 量 报

告，及时调整设备参数和夹具定位。

5.4.3 质量检验

铝件 CMT 焊质量依据德国大众集团铝件气体

保护焊标准进行检验，除检查 CMT 焊缝外观质量

28 汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M 2014 年 第 11 期

生

产

现 场

外，还需要制作 CMT 焊缝剖面试样，使用显微镜测

量接头的几何形状，评价接头的质量状态。其内

5.5 涂胶压合的质量控制

车身的发动机罩盖、行李箱盖及四门，俗称为

四门两盖压合件。四门两盖总成，无论是钢件还

是 铝 件 ，一 般 都 采 用 涂 胶 压 合 的 方 式 连 接 内 外

板。涂胶方式有手动刮板式涂胶和自动螺旋式喷

涂涂胶两种，压合也分翻边压合和滚边压合两种

方式。铝的韧性不如钢，在压合的时候，压合力不

能 过 大 ，压 合 速 度 较 慢 ，压 合 角 度 决 不 能 大 于

30°。铝件涂胶压合后，可以与钢件同时在烘干炉

内烘干，使压合胶预固化。

涂胶压合工艺不仅涉及到零件的强度和防腐

部检验主要有 4 项：焊缝厚度、熔深、气孔和裂纹，

如表 9 所示。主要缺陷是熔深不够、焊缝厚度小、

焊缝多孔和焊缝热影响区裂纹。

表 9 CMT 焊内部检验质量特征

特征 图示

T 形的角焊缝

t2

a

性能，还影响到四门两盖的表面质量和尺寸。

5.5.1 过程控制 直 接 影 响 涂 胶 压 合 质 量 的 因 素 有

板材搭接的角焊缝

焊缝厚度

涂 胶 量 、涂

胶轨迹、压合模的状态、压合轨迹、压合力、压合滚

轮的选取和内外板的匹配。在生产过程中，对涂

胶的位置、涂胶量和外观表面质量进行目视抽检，

每班次测量检查压合边的厚度，定期监控翻边的

宽度。烘干后的零件，每班次首、中、末 3 次使用铝

h

a

板材搭接焊缝

h2

s

件检查工具，检查零件表面质量，同时在现场检具

上监控尺寸的变化。

5.5.2 质量检验 涂胶压合质量检验分为强度、表面h1

和尺寸检验。 强 度 检 验 采 用 破 坏 性 检 验 方

式 ，依 据 压 合 边

的尺寸，每 200 mm 剪取 1 个切面，按照图纸要求测

量翻边尺寸、翻边厚度、胶面覆盖度、胶溢出状态

h

熔深

以及是否有气孔。必要时，还可以将压合边整体

撬开，整体评价胶面覆盖度和气孔积聚面积比。

表面检验以德国大众集团焊装产品奥迪特评

审方式为依据，采用目视、手感检查铝件表面的检

焊缝多孔

验方式。由于铝件表面手感比较滞，手感差，因此

一般采用油石打磨的方法检查表面缺陷。表面缺

陷主要有波浪、废料屑压痕、尖包、划伤和翻边裂

力裂纹

纹等。为满足整车的表面质量要求，定期将批量

状态的未经返修的压合件装配到白车身上，在涂

装车间按正常工艺不做表面处理涂成黑色车身，

在涂装漆面评价的灯光条件下，评价压合件的表

面状态，直观反映压合件的表面缺陷。

汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M 29

5 4 4

. .

返修 铝方法微裂纹 热应件 CM T 焊 实 质 仍 是 一 种 气 体 保 护 焊 ，对 于

熔深不够、未 焊透和裂纹等缺陷，可以用 TIG 焊和

MIG 焊进行补焊。2014 年 第 11 期

生

产

现 场

用 三 座 标 测 量 机 检 查 零 件 尺 寸 ，并 借 助 零 公

差 的 标 准 检 具 和 主 检 测 样 架 进 行 零 件 尺 寸 匹 配

烘干炉温曲线，重点控制空气的清洁度。

6.3 油漆质量检验

油漆质量检验包括漆面外观质量和油漆的防

腐功能。

铝 材 和 钢 材 的 油 漆 质 量 检 验 方 法 是 一 样 的 ，

质量标准也是相同的。

车身油漆表面检验以德国大众集团油漆产品

奥迪特评审方式为准。即在特殊灯光下，目视结

合测厚仪、光谱仪检查漆面质量。表面缺陷主要

有脏点、油漆打磨痕、油漆缩孔、流挂、少漆、桔皮

结构和色差等。

油漆附着力检测采用石击测试和专用工具的

划刻试验方法。

油漆的防腐性很大程度上取决于电泳层。电

泳层的检验在交变实验台进行。从车身上裁取部

分电泳板，在交变实验台进行盐浴、常温、湿热 30

轮循环实验后，依据电泳层表面气泡、剥离状态评

定电泳防腐性能。

依据德国大众集团的金属车身表面漆层技术

标准，还需要检验车身面漆板油漆性能和整车的

防腐性能。

车 身 面 漆 板 油 漆 性 能 的 检 验 ，在 实 验 室 内 进

行 ，检 验 内 容 包 括 漆 层 厚 度 、漆 面 光 泽 度 和 粗 糙

度、交变试验 30 轮后的表面油漆附着力和防腐性

能、耐温变性能、抗光照和气候性能、防化学物质

腐蚀性和防冲洗性能。

整车的防腐试验历时约 6 个月，进行 90 个循环，

每个循环 24 h，试验包括带气流盐雾、盐水泥浆路段

行驶、日晒、严寒下扭曲受力和湿热负荷等内容。

分析。

5.5.3 返修方法 涂 胶 压 合 的 缺 陷 无 法 修 复 ，但 由

涂 胶 压 合 引

起的表面缺陷可以进行返修。由于铝件在打磨过

程中不可避免地会产生打磨粉尘，铝粉不仅对人

体健康有伤害，而且当铝粉在空气中的浓度大于

30 g/m3

时 ，易 发 生 爆 炸 ，因 此 ，铝 件 的 打 磨 返 修 必

须在特殊的、带有安全操作装置的铝件打磨间内

进行。

6 铝件车身涂装工艺的质量控制

6.1 涂装工艺特点

涂装工艺过程包括前处理、电泳及烘干、粗细

密封、中涂及烘干、面漆及烘干和灌蜡。

铝件车身涂装工艺与传统涂装工艺的区别在

于前处理和电泳烘干工艺不同。

Audi A6、Q5、Q3 车 身 是 钢 铝 复 合 材 料 车 身 。

由于铝离子的存在，在前处理过程中，影响钢件表

面的常规磷化效果。针对这个问题，奥迪公司采

用全新的前处理技术。对于全铝车身，采用更薄

的转换膜替代磷化膜；对于钢铝复合材料车身，则

使用“二步法”工艺。第一步，阻止铝材表面磷化， 钢

材 表 面 正 常 形 成 磷 化 膜 ；第 二 步 ，通 过 钝 化 工 序，在未成膜的铝材表面沉积锆盐，形成转化膜。 在涂装烘干工艺中，电泳烘干温度最高，含铝材车 身

的 烘 干 温 度 为 185~200 ℃ ，高 于 纯 钢 材 车 身 的

170~190 ℃，这能满足铝合金材料 185 ℃烘烤硬化

的要求。铝件车身其它涂装工艺与钢车身涂装工

艺相同。

6.2 涂装过程控制

涂装工艺是汽车生产过程中与化学材料关系

度最高的工艺，自动化程度也较高，过程参数尤为

重要。在生产启动前，必须对前处理液、电泳液、

油漆材料进行材料认可；生产过程中，提取样本进

行试验室检验，监控各生产环节的温度、湿度、电

压和流量等工艺参数，同时监控各工艺过程中的

30 汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M

7 铝件质量控制的难点和解决途径探悉

铝 合 金 作 为 新 型 汽 车 材 料 ，应 用 还 不 普 及 。

目前，铝件车身质量控制还存在以下几大难点。 a.铝板的保质期短、仓储要求高 铝板的保质期为热处理后 6 个月。铝板从欧

洲进口需要海运，在生产厂实际有效加工时间为

16 周左右。仓储要求在 5~40 ℃，自然条件全年无

法满足。

2014 年 第 11 期

生

产

现 场

b.铝件尺寸精度不易掌握

冲 压 单 件 具 有 较 大 的 回 弹 性 ，在 测 量 支 架 上

于成品，使用白光（无外加光源）、激光等光学非接

触式测量技术，对零件空间外形和结构进行二维

灰度图像摄取或扫描，获得零件表面点的三维空

间坐标，再运用计算机技术及图像处理技术形成

三维图像测量报告，以此掌握零件整体尺寸趋势，

分析零件的匹配状态，有利于尺寸控制和优化。

在 此 基 础 上 ，光 学 非 接 触 式 测 量 技 术 同 样 可

以应用在车身表面的判定上，三维图像可以清晰

地展示垂直于表面的尺寸变化，即可判断表面的

凹陷和凸起。

c.应用材料有限元模拟计算进行变形分析，预

防产生裂纹

有限元模拟计算已应用多年，主要应用在材料

加工的应力、应变、强度和温度场的模拟分析上。

近年来，逐渐将有限元模拟计算运用到实物材料的

变化分析上，可以利用化学腐蚀的方法在铝材表面

刻上均匀网格线，待加工后，铝材表面网格发生变

化，进行收集网格变形量，经有限元软件计算生成

材料厚度的三维图，由此确定材料变薄区域和板厚

尺寸，有针对性的制定措施，避免裂纹的出现。

d.总结连接接头外观规律，开展无损检验 积 累

铝 件 连 接 强 度 外 观 检 验 数 据 ，综 合 内 部

检验结果，寻找二者内在的关联规律，用以指导现

场质量控制。

工 业 CT 检 验 快 速 ，结 果 准 确 ，适 合 于 复 杂 形

面的检验。铝件冲连、冲铆可用工业 CT 进行无损

检验。

铝件激光焊可以采用红外线检测技术。在国

外汽车制造厂家已经有红外线在线检查激光焊位

置 和 长 度 的 先 例 ，德 国 大 众 集 团 的 大 众 Emden 厂

已经使用红外线设备检测钢车身激光焊缝的连接

质量。

CMT 焊缝可用超声波探伤实现无损检验。航

空航天特种材料的焊接焊缝早已采用了超声波或

射线探伤，随着超声波的三维图形显示功能的开

发应用，降低了使用人员技能要求，使之可以普遍

推广，应用在汽车行业上。

（下转第 36 页）

汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M 31

定位后的测量数值不能真实反映零件自由状态和

焊装夹具状态下的尺寸。

c.铝件易出现裂纹 铝合金的伸长率低，局部拉延性能差，冲压时

易 产 生 裂 纹 。 由 于 铝 件 板 材 具 有 时 效 强 化 的 特

性，影响冲连、冲铆和压合的焊装工艺效果，容易

产生微裂纹和暗裂纹，且不易被发现。

d.铝件连接强度检验复杂 冲 连 、冲 铆 连 接 无

法 实 现 传 统 的 现 场 非 破 坏

性检验和破坏性检验，外观尺寸不能完全保证连

接强度，剖面检验需要经过切、镶、磨、抛、腐、测几

个步骤，而且存在剖面不能完全代表实际连接强

度的情况，故需要进行拉伸和剪切强度验证。铝

件多为外表面件，铝件激光焊和 CMT 焊经非破坏

性检验后不能满足商品车的要求，基于焊缝可靠

性因素的考虑，焊缝必须采用实验室剖面显微镜

检验。

e.铝件的连接质量问题追溯和返修困难 实验室检验耗时，检验周期长，发生问题追溯

困难。由于返修需要专用设备，故添增加了返修

难度。

虽然铝件车身质量控制存在很大困难，但科学

技术和科学管理日新月异，近年来随着光学元件、

计算机技术以及图像处理技术的迅猛发展，现代检

测技术也不断提升，特别是出现了无损探伤和非接

触式测量技术。针对铝件车身质量控制难点，可以

运用先进的管理方法和新技术从以下几个方面尝

试提高铝件车身质量和质量控制的能力。

a.科学合理筹措材料和规划生产 保 证 铝 材 、铝

件 的 先 进 先 出 ，减 少 库 存 时 间 ；

建立铝材和铝件专用库房，保证仓储温度达标。

b.采用光学非接触式测量技术，掌握零件整体

尺寸趋势

在 传 统 三 坐 标 激 光 接 触 式 测 量 的 基 础 上 ，增

加光学非接触式三维测量。对于未成品，在生产

线上增加激光扫描测量设备，监控关键点尺寸；对

2014 年 第 11 期

生

产

现 场

4.4 喷嘴的调整

随车身挂磷化板，检测磷化膜的 P 比和膜重，

检测结果合格。试验 2 件前门、1 台车型 2 车身、1 台

车型 1 车身，并对磷化膜进行检查。发现车型 1 车

身在热水洗、预脱脂工序顶盖喷淋时，有些位置无

法完全喷到，于是调整了热水洗和预脱脂的喷嘴方

向，并适当增加喷淋压力，调整后达到预期效果。

4.5 批量生产试验

调整后的前处理-电泳工序进行 50 台批量过

车试验，并检查磷化膜和电泳漆膜质量，结果合格。

4.6 修订标准作业书

对 前 挂 和 转 挂 工 序 的 标 准 作 业 书 进 行 修 订 ，

增 加 操 作 工 时 标 准 要 求（规 定 在 60 s 内 完 成 挂 车

动作），并对工人进行培训，培训后工人操作无超

时现象（图 6 和图 7）。

前挂执行新标准作业

图 7 前挂执行新标准作业情况

预期目标。

b.产 能 提 升 后 ，电 泳 漆 膜 和 磷 化 膜 质 量 保 持

不变。

c.前 处 理 - 电 泳 工 序 约 有 5% 的 备 品 ，之 前 需

要 加 班 生 产 车 身 备 品 ；调 整 后 ，工 人 不 需 要 加 班

即可完成备品生产，每班合计减少约 240 min 的加

班时间。

d.对间歇式前处理-电泳生产线而言，每道工

序的滴水时间是非常重要的工艺参数。本项目调

整过程中，没有对滴水时间进行调整，否则很容易

造成各槽体间串液、滴液，进而形成电泳漆流痕、

漆膜异常等漆膜弊病，后患无穷。

参考文献：

转挂执行新标准作业

[1]王锡春.汽车涂装工艺技术[M].北京：化学工业出版社，

2005. [2]王锡春，祝南章，吴涛，解威，王育哲.涂装车间设计手册 [M].北京：化学工业出版社，2008.

图 6 转挂执行新标准作业情况

5 结论

a.产能提升后，现场实际测试前处理-电泳挂

车节拍达到 3.1 min/台，每小时挂车 19 台，实现了

（上接第 31 页）

控制中。

参考文献： [1]陈长年.轻量化材料车身关键制造技术[J].数字工厂/制 造，2011，(10). [2]周振丰，张文钺.焊接冶金与金属焊接性[M].机械工业出 版社，1987. [3]吴志生，等.铝合金点焊过程的铜铝合金化研究[J].中国 机械工程，2003，14(16). [4]戴景杰.铝合金激光焊接工艺特性研究[J].电焊机，2010，

A T

&M

8 结束语

在 新 能 源 汽 车 尚 无 法 大 规 模 产 业 化 、传 统 发

动机技术提升难度日益加大的大环境下，轻量化

是 汽 车 减 排 节 能 的 有 效 措 施 之 一 。 铝 件 车 身 是

中、高级轿车车身轻量化的一种尝试和应用。铝

件车身的工艺特点决定铝件车身的质量控制越来

越依赖检测仪器，未来将有更多无损探伤、光学测

量等现代检测技术运用到高品质铝件汽车的质量

40(3).

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36 汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M 2014 年 第 11 期