謝貴山，黃宗斌，覃鵬飛，朱燈宏，劉強強，勞兵

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

汽車車身是一個復雜的構件，由鋼材、鋁合金、鎂合金、碳纖維等材料通過焊接、鉚接、粘接等多種連接方式組成。車身的防腐性能影響汽車的功能和耐久可靠性，通常車身銹蝕1%，車身強度將會降低5% ~ 10%[1-3]。車身腐蝕導致汽車維修保養(yǎng)成本增加，情況嚴重的車輛需要作召回處理。車身腐蝕既影響客戶用車體驗和行車安全，又影響汽車的使用功能，進而影響汽車口碑、銷量、品牌價值和發(fā)展。2013-2015年我國因腐蝕問題召回的汽車超過20萬輛，而且數量呈上升趨勢。研究資料和通過對腐蝕試驗汽車車身的實車調查顯示，汽車車身腐蝕的種類和原因可大致歸結為表1。國內外主流汽車公司愈發(fā)重視汽車的防腐性能，提高汽車的防腐性能成為全球汽車制造工程的重要課題，汽車公司在產品設計和涂裝工藝設計方面都針對腐蝕防護做了相關研究和積累了不少經驗，并致力于建立和完善整車及零部件防腐標準體系[4-5]。目前國內自主品牌車企由于缺乏合適的試驗方法和評價方法，防腐流程和規(guī)范不完善，防腐手段不全面，導致無法有效系統(tǒng)地完成汽車防腐性能開發(fā)。本文闡述了在汽車車身開發(fā)流程中通過制定防腐開發(fā)策略，利用車身數據電泳仿真分析、數據校核、優(yōu)化，測量實車電泳漆膜和強化腐蝕試驗來驗證防腐性能，在量產階段進行經驗總結，并把經驗教訓導入數據庫，以保證汽車車身在使用壽命內的防腐性能，為汽車防腐工作的開展提供參考。

表1 汽車車身銹蝕的種類和原因Table 1 Types and causes of corrosion of car body

1 車身防腐性能開發(fā)

汽車車身的防腐性能開發(fā)是一個系統(tǒng)工程，貫穿在整個產品開發(fā)過程的開發(fā)階段、驗證階段、量產階段。如圖1所示的防腐開發(fā)流程，各個階段需要完成不同的防腐工作，環(huán)環(huán)相扣并實施到位才能確保防腐性能達到質量目標要求。

圖1 車身防腐開發(fā)工作流程Figure 1 Workflow of car body anticorrosion development

1.1 產品開發(fā)階段

1.1.1 制定防腐性能目標

在產品開發(fā)階段前期，根據產品目標市場的腐蝕環(huán)境、目標客戶的期望、競品車的腐蝕年限、電泳漆膜厚度、車身板材、防腐工藝措施的分析結果來制定防腐策略，見表2和表3。

表2 某車型的車身鈑金件防腐目標Table 2 Anticorrosion requirement of sheet metal parts of a model of car

表3 某車型的車身附件防腐目標Table 3 Anticorrosion requirement of body accessories of a model of car

1.1.2 制定防腐策略

針對防腐目標要求，制定的對策主要有材料選擇、結構設計和涂裝工藝[6]。結合對標車鍍鋅板使用情況及售后問題、腐蝕試驗、成本影響等，制定了鈑金外覆蓋件、結構加強件、下車體梁類零件、車身內外側支架零件等的鍍鋅與非鍍鋅的策略。如圖2所示，對關鍵區(qū)域設定車身結構策略，并制定空腔注蠟、UBC(under body coating，車底涂膠)、涂裝白膠的覆蓋范圍。

圖2 某車型涂膠、注蠟和噴UBC防腐策略示意圖Figure 2 Schematic diagram of anticorrosion strategy of sealing, wax injection, and UBC spraying for a model of car

1.1.3 電泳仿真分析

汽車車身是一個零件數量繁多、連接方式多元化的復雜系統(tǒng)，采用有限元分析軟件對車身結構進行仿真分析的效率比傳統(tǒng)的電泳試錯方法更高，能在產品設計階段發(fā)現問題并解決問題，而在產品前期解決腐蝕問題幾乎是零成本。ECoatMaster和 Alsim有限元軟件通過模擬分析能發(fā)現車身電泳涂層薄弱區(qū)域和白車身氣蝕、電泳液殘留的分布情況，實現車身電泳工藝結構的正向設計，提高車身設計質量、防腐性能與可靠性[7]。在車身搭建有三維結構數據后，使用上述有限元軟件能對三維狀態(tài)下電泳過程中的電場、流場及涂料電泳性能進行全耦合計算機仿真模擬(如圖3所示)，對車身鈑金件的電泳漆膜厚度、積氣、積液進行仿真確認。

圖3 某車型的電泳仿真分析Figure 3 Simulative analysis on electrophoresis of a model of car

1.1.4 SE審核數模

SE(simultaneous engineering，同步工程)是在整車開發(fā)階段對成本、工藝性、質量控制等方面進行分析并提出改進方案和建議，以保證產品的工藝可實施性[8-9]。對車身 A、B、C柱，門檻，上邊梁，前縱梁，地板橫、縱梁等區(qū)域進行電泳路徑、鈑金間隙、電泳工藝孔尺寸、間距、排水孔、排氣孔是否符合防腐設計規(guī)范進行確認，避免發(fā)生電磁屏蔽、積液、積氣等問題，在電泳工藝孔開孔尺寸和間距合理的基礎上還需在內板、加強板上開對穿孔，提高腔體內的電場強度，才能保證腔體內加強板、內板達到防腐目標的漆膜厚度要求。對車身與車身附件的設計間隙進行確認，避免間隙小而導致附件碰傷車身漆面。消除焊縫、凹坑、槽等容易積存泥沙和雨水的結構特征，降低腐蝕風險。對開發(fā)階段中車身結構涂膠、注蠟、噴UBC的操作可行性進行檢查、審核、確認，確保防腐策略的可實施性。

1.2 產品驗證階段

1.2.1 實車電泳漆膜測量

在產品驗證階段，要對涂裝電泳后的樣車進行拆解，測量各個零件的膜厚是否達到產品開發(fā)階段制定的防腐目標要求，確認實物和電泳仿真分析的符合程度，對膜厚不達標的區(qū)域進行原因分析和改進方案的制定、實施與確認，確保電泳膜厚達到防腐目標要求。

1.2.2 整車強化腐蝕試驗

參照QC/T 732-2005對車輛的耐腐蝕性能進行確認，圖4所示是由高速跑道、駐坡、鹽水噴霧、強化腐蝕道路、可靠性道路、洗車、干燥、溫濕環(huán)境艙8種工況構成的1個試驗循環(huán)，為期1天，10個試驗循環(huán)模擬車輛實際使用 1年，每 10個試驗循環(huán)結束后對整車進行評價。強化腐蝕試驗的評價分主觀評價和客觀評價：(1)主觀評價是通過人的感覺器官來感受，獲取的信息具有較強的直觀性和代表性；(2)客觀評價是依靠物理和化學儀器計量分析，受時間和條件限制，時效性差。對于整車道路腐蝕試驗，前期以主觀評價為主，客觀評價在后期做補充性量化分析。在試驗階段，主觀評價更具優(yōu)勢。零部件等級評定是0-9級，一般評價節(jié)點劃分：30個循環(huán)之前不應出現外觀性問題；60個循環(huán)之前不應出現功能性問題；100個循環(huán)之前不應出現安全性問題。評價整車防腐性能取決于零部件的整體表現，至少包括以下因素：零部件性質直接影響用戶對腐蝕現象的敏感程度。

圖4 強化腐蝕試驗的流程Figure 4 Flowchart of accelerated corrosion test

1.2.3 部件腐蝕試驗

車身和車身附件部分子系統(tǒng)需要進行部件腐蝕試驗，主要包括以下4種：(1)鹽霧試驗(依據GB/T 10125-2012《人造氣氛腐蝕試驗 鹽霧試驗》)，是針對無機涂層、有機涂層(前處理+電泳/噴粉+中涂層+面漆層)零件的腐蝕試驗；(2)冷凝水/水霧試驗(依據GB/T 1740-2007《漆膜耐濕熱測定法》)，是針對有機油漆涂層[前處理+(電泳/噴粉+中涂層+面漆層)或者低溫漆的油漆層]零件的腐蝕試驗；(3)氣體腐蝕試驗，是針對鋼合金、無機覆蓋層、油漆涂層零件的腐蝕試驗；(4)腐蝕膏試驗，是針對裝飾性鉻層、銅-鎳-鉻鍍層、鎳-鉻鍍層零件的腐蝕試驗。

1.3 產品量產階段

1.3.1 產品量產和售后跟蹤

對產品量產后和產品上市后的耐腐蝕狀態(tài)進行跟蹤，收集產品上市后3-5年的車身防腐信息，確認以往車型的經驗教訓問題和腐蝕售后問題在該產品上是否得到成功解決。對于量產后和產品上市后的腐蝕問題，要進行原因分析，制定解決措施以及跟蹤措施實施情況，確認腐蝕問題得到成功解決，達到閉環(huán)狀態(tài)(即腐蝕問題從開啟、分析、長期措施制定、措施實施、物料斷點到問題關閉的過程)，確保產品能夠實現開發(fā)階段制定的防腐目標。

1.3.2 產品回顧總結和輸入

對整個產品耐腐蝕開發(fā)設計、生產制造、腐蝕試驗驗證、上市后的過程進行回顧，總結經驗教訓，把產品的經驗總結和經驗教訓輸入耐腐蝕數據庫，及時維護整車材料、電泳漆膜、對標分析、腐蝕試驗和售后腐蝕問題等數據庫，并隨著防腐工作的開展不斷更新防腐規(guī)范、流程和技術條件，最終完善防腐蝕設計、SE、仿真分析、驗證和評價體系。

2 結語

車身銹蝕問題將影響車輛的安全性能。通過基于防腐性能的車身產品開發(fā)的系統(tǒng)工程，產品開發(fā)處于“防腐目標設定→制定防腐策略→SE和仿真分析→產品驗證→量產和售后跟蹤→防腐經驗總結和輸入數據庫”的閉環(huán)狀態(tài)，車身防腐蝕性能得到有效提升，可有效保障汽車使用安全，同時降低了因腐蝕導致的報廢比例和維修保養(yǎng)成本，減少資源浪費和環(huán)境問題，促進環(huán)境生態(tài)可持續(xù)發(fā)展。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，車身防腐蝕體系將日趨成熟和完善。