淺析汽車車身的涂裝防腐性

李 梁，王 磊

（上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司，山東青島 266555）

0 引言

汽車車身腐蝕是我國(guó)除去交通事故、零件磨損外致使汽車損壞報(bào)廢的重要原因之一。另外，全世界每年每輛汽車因金屬腐蝕而導(dǎo)致的平均損失在150～250 美元。造成腐蝕的主要原因是酸性雨淋、工業(yè)性大氣、沿海含氯化鈉等環(huán)境引起的車身鈑金的電化學(xué)腐蝕。針對(duì)車身防腐性能的提升，多數(shù)汽車企業(yè)有專門的防腐方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并將涂裝同步工程應(yīng)用到新車型的開發(fā)中。在汽車設(shè)計(jì)同步工程中，從車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料、工藝等多方面進(jìn)行分析，改善車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提升內(nèi)腔電泳漆膜的防腐性。

1 車身材料防腐性分析

目前汽車制造所使用的材料主要以金屬為主，通用的金屬材料主要包括黑色金屬和有色金屬。黑色金屬也就是通常所說(shuō)的鋼鐵材料，在汽車總質(zhì)量中占比約為72%～88%，主要用于汽車的車身、底盤、動(dòng)力和傳動(dòng)系統(tǒng)等。在車身用材中，鋼鐵材料占比90%以上，由輕質(zhì)合金材料構(gòu)成的有色金屬占比不足10%。車身常用的鋼鐵材料按表面結(jié)構(gòu)特征可以分為普冷碳鋼（冷軋鋼板）和涂鍍層材料（一般為鍍鋅鋼板）。

金屬材料本身對(duì)于環(huán)境的抗腐蝕能力不同也會(huì)影響車身的抗腐蝕性能。不同金屬材料在瓊海熱帶季風(fēng)及海洋濕潤(rùn)氣候條件下的腐蝕速率見圖1。圖2 為車身冷軋板和各類鍍鋅板的板材穿孔腐蝕數(shù)據(jù)對(duì)比。

圖1 不同金屬材料在瓊海熱帶季風(fēng)及海洋濕潤(rùn)氣候條件下的腐蝕速率Figure 1 Corrosion rate of different metal materials under the conditions of the Qionghai tropical monsoon and humid climate

圖2 車身冷軋板和各類鍍鋅板的板材穿孔腐蝕數(shù)據(jù)Figure 2 Corrosion data of sheet perforation of cold-rolled sheet and various types of galvanized sheet

由圖1、2 可以看出，鍍鋅鋼板在減緩腐蝕速度以及抗腐蝕穿孔的能力等方面要明顯優(yōu)于冷軋鋼板。因此，選擇適合的金屬板材可以提升整車的抗腐蝕能力。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，歐美汽車白車身中鍍鋅板的應(yīng)用比例達(dá)到90%以上，國(guó)內(nèi)自主品牌汽車白車身中，鍍鋅板的應(yīng)用尚不足20%。隨著市場(chǎng)對(duì)汽車腐蝕性能的關(guān)注，國(guó)內(nèi)某些自主品牌白車身加大了鍍鋅板的使用比例。

2 車身腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的防腐性分析

汽車涂裝是汽車制造過(guò)程中最重要的工藝過(guò)程之一，主要提供防腐與裝飾功能。電泳漆膜是車身板材防腐性能的主要保護(hù)漆膜，其狀態(tài)直接影響車身的防腐能力。電泳漆膜的防腐質(zhì)量主要受材料、工藝、生產(chǎn)管理等因素的影響，車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也會(huì)影響電泳漆膜的質(zhì)量。受電泳過(guò)程的限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)白車身表面100%的漆膜覆蓋或者各處漆膜厚度不均一。在腔體結(jié)構(gòu)處電泳漆成膜性較差，主要原因是電泳液不易進(jìn)入腔體結(jié)構(gòu)中，還會(huì)形成電場(chǎng)屏蔽，難以電泳。這種結(jié)構(gòu)在車身上多分布在A 柱、B 柱、C 柱、D 柱以及加強(qiáng)梁、縱梁、橫梁等部位。受整車性能的影響，此類結(jié)構(gòu)不可避免，可以通過(guò)開孔、增大間隙等方法減少腔體面積，增加電泳液流通性，消除電場(chǎng)屏蔽。

2.1 開孔

開孔可以消除腔體電場(chǎng)屏蔽、增加電泳液在腔體內(nèi)的流動(dòng)性，但是開孔同樣會(huì)影響此處的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，增加模具成本。所以，一般開孔會(huì)與定位孔、裝配孔等共用。開孔設(shè)計(jì)一般遵循優(yōu)先原則，在不影響性能的條件下，多層板之間開孔，優(yōu)先開對(duì)穿孔。對(duì)于車身內(nèi)帶“U 型”結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)板區(qū)域，推薦三面增加電泳孔，如圖3 所示，為某車型A 柱加強(qiáng)板的開孔設(shè)計(jì)。若只能開一個(gè)孔，優(yōu)先考慮在整車坐標(biāo)Z 向最低的面上開孔。另外，孔的形狀不限，面積相同形狀不同的孔可以等效應(yīng)用，如果受鈑金寬度限制，則以小孔徑，多開孔的形式布置。

開孔直徑與開孔間距隨結(jié)構(gòu)不同，要求不同，表1 為開孔的推薦設(shè)計(jì)規(guī)范。

圖3 U 型結(jié)構(gòu)的開孔原則Figure 3 Opening principle of U-shaped structure

表1 開孔的設(shè)計(jì)規(guī)范Table 1 Design specifications for openings

2.2 鈑金間隙

一般多層板材的間隙>5 mm，不同部位的設(shè)計(jì)要求也不同。上車體區(qū)域鈑金間隙設(shè)計(jì)，除貼合面外，外板內(nèi)表面與加強(qiáng)板外表面之間的距離，要求≥7 mm。車架區(qū)域鈑金間隙設(shè)計(jì)，除貼合面外，車架內(nèi)部加強(qiáng)板與車架底板的間隙要求≥3 mm。前后側(cè)門、發(fā)動(dòng)機(jī)罩及尾門的鈑金間隙設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下要求：側(cè)門窗框非貼合區(qū)域鈑金間隙≥3 mm，尾門及發(fā)動(dòng)機(jī)罩非貼合區(qū)域的鈑金間隙≥7 mm。其他非貼合區(qū)域鈑金間隙≥5 mm。

3 排液、排氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的防腐性分析

汽車前處理電泳涂裝通常設(shè)計(jì)為大型槽體，根據(jù)輸送鏈的不同，基本上分為C 形鉤、擺桿鏈等連續(xù)式，rodip 翻轉(zhuǎn)式等形式。除去rodip 翻轉(zhuǎn)式的瀝水、排氣效果較好外，其余形式均需要車體有良好的瀝水、排氣設(shè)計(jì)，否則會(huì)導(dǎo)致前處理電泳各槽體串槽，內(nèi)腔氣包影響磷化膜、電泳漆膜的質(zhì)量。

3.1 排液結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

排液結(jié)構(gòu)可以用排液孔或排液筋設(shè)計(jì)，排液孔位置一般在車身最低點(diǎn)，在一定高度范圍內(nèi)可近似地認(rèn)為排液體積與所需排液孔的面積成正比，因此車型越小，所需的排液孔的數(shù)量及面積越小。常規(guī)排液孔要求設(shè)計(jì)為沉臺(tái)孔，白車身地板排液孔數(shù)量一般為10～18 個(gè)，直徑為20～40 mm。四門兩蓋的排液孔設(shè)計(jì)在最低點(diǎn)及靠近左右邊緣的位置，數(shù)量一般為2～4 個(gè)。圖4 所示為某車型裙板排液結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

圖4 門檻排液結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)Figure 4 Design of drain structure at the threshold

門檻內(nèi)腔排液孔，要求孔徑Φ≥ 6 mm，數(shù)量2～3 個(gè)，優(yōu)先布置在前端和后端，其次布置在中部，根據(jù)具體結(jié)構(gòu)布置，如圖4a。門檻外腔排液孔孔徑Φ≥12 mm，孔間距為100～150 mm，如圖4b。

3.2 排氣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

排氣結(jié)構(gòu)主要考慮區(qū)域?yàn)轫斏w、B 柱上部、前后門鎖勾、前后輪罩、發(fā)動(dòng)機(jī)罩，尾門等位置。對(duì)于排氣孔兼做電泳功能使用孔的，按電泳孔設(shè)計(jì)要求執(zhí)行，排氣孔半徑R一般在3 mm 以上；排氣孔或筋位置選取在電泳入槽最高點(diǎn)。對(duì)不適合開設(shè)排氣孔的位置，可以起筋條，或者用其他結(jié)構(gòu)代替。筋條須貫通，且筋條截面面積等效于對(duì)應(yīng)的有效開孔面積，筋條半徑R≥3 mm。

4 涂膠密封設(shè)計(jì)的防腐性分析

鈑金的切邊由于銳邊效應(yīng)與毛刺的存在，導(dǎo)致電泳漆膜較薄，防護(hù)效果差，需要在門蓋切邊、底盤、裙邊涂覆密封膠、PVC 膠等，起到密封等作用。涂膠設(shè)計(jì)既要考慮防腐性能，又要考慮操作的便利性。

4.1 焊縫密封膠的設(shè)計(jì)

焊縫密封膠的涂膠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求白車身涂膠位置的鈑金搭接間隙尺寸≤3 mm。涂膠位置多層鈑金疊加的結(jié)構(gòu)要求按次序搭接，且鋼板邊緣逐層外露。涂膠位置鈑金接縫方向要求朝向操作者。涂膠路徑上要求避免設(shè)計(jì)遮擋密封接縫的支架、支柱、加強(qiáng)板等。涂膠位置不應(yīng)設(shè)計(jì)有開放的連接或無(wú)結(jié)構(gòu)支撐的拐角。涂膠部位鈑金接縫朝向車底的點(diǎn)焊法蘭部位要求設(shè)計(jì)為“J”型或者“L”型法蘭，避免開放的連接形式，法蘭要求無(wú)沖壓缺口；涂膠位置外角重疊搭接部位要求提供平面結(jié)構(gòu)，外角重疊搭接縫隙部位的平面錯(cuò)邊寬度L≥3 mm。

4.2 點(diǎn)焊密封膠的設(shè)計(jì)

點(diǎn)焊密封膠的具體設(shè)計(jì)要求：側(cè)圍外板與D 柱上外板及頂蓋接縫、裙邊較低區(qū)域的搭接縫隙，要求點(diǎn)焊密封膠與焊縫密封膠聯(lián)合應(yīng)用。對(duì)進(jìn)入涂裝車間時(shí)已被加強(qiáng)板或支柱遮蓋或在涂裝車間無(wú)法涂覆的連接，要求在焊裝車間涂覆點(diǎn)焊密封膠。鈑金接縫朝向車底外部的區(qū)域，建議在全部匹配面上涂覆點(diǎn)焊密封膠，焊裝車身的裝配方向應(yīng)使點(diǎn)焊密封膠垂直于表面接觸，避免滑動(dòng)接觸面。焊接的兩個(gè)表面上要求提供足夠的焊接空間。

5 結(jié)語(yǔ)

汽車車身防腐能力的提升既要在設(shè)計(jì)階段綜合考慮汽車白車身材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)電泳漆上膜的影響，又需要在后續(xù)對(duì)沖壓工藝、焊裝工藝、涂裝工藝等過(guò)程的穩(wěn)定控制。結(jié)合使用適宜有效的試驗(yàn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，提升車身整體的防腐性能。