激光拼焊板在汽車車身制造中的應(yīng)用

劉軍偉 翟雪 王曉寧

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心；河北省汽車工程技術(shù)研究中心）

汽車制造領(lǐng)域是當(dāng)前最大規(guī)模使用激光焊接技術(shù)的行業(yè)，從汽車零部件生產(chǎn)到車身制造，激光焊接已經(jīng)成為汽車制造生產(chǎn)中的重要焊接方法之一。激光拼焊板是將不同表面鍍層、材質(zhì)及厚度的2 塊或多塊鋼板通過激光焊接方法拼接在一起成為毛坯件，然后在汽車制造廠沖壓制造成零部件。因其具有自由組合的性質(zhì)，可將不同的鋼板進(jìn)行拼接[1]，作為激光焊接在汽車車身制造中的主要應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了減輕車身質(zhì)量、增加車身剛度、減少車身零件裝配數(shù)量、提高裝配精度及降低汽車制造成本的目的。

1 激光拼焊板的應(yīng)用

從20 世紀(jì)80年代中期開始，激光拼焊板作為新技術(shù)在歐洲、美國及日本得到了廣泛關(guān)注。激光拼焊板工藝主要為汽車行業(yè)進(jìn)行配套服務(wù)，尤其在車身生產(chǎn)、制造和設(shè)計(jì)方面，激光拼焊板的使用有著巨大的優(yōu)勢。目前，由激光拼焊板生產(chǎn)的汽車車身零部件主要有前后車門內(nèi)板、前后縱梁、側(cè)圍、底板、車身兩側(cè)的A，B，C柱、輪罩及背門內(nèi)板等[2]，其中，門內(nèi)板應(yīng)用此工藝最多，其次是前縱梁。

根據(jù)零件結(jié)構(gòu)、功能及材料利用率等的不同，激光拼焊板的焊接形式，如圖1 所示。

2 激光拼焊板的應(yīng)用優(yōu)勢

激光拼焊板在汽車產(chǎn)品上應(yīng)用后，有效提高了整車的各項(xiàng)性能，并且在降低制造成本方面具有顯著的優(yōu)勢。采用激光拼焊板與傳統(tǒng)零部件產(chǎn)品制造工藝對比，其優(yōu)勢，如表1 所示。

表1 傳統(tǒng)零部件制造工藝與激光拼焊板工藝對比

為驗(yàn)證產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能，對由3 塊不同強(qiáng)度的鋼板沖壓成U 型梁的激光拼焊板進(jìn)行碰撞試驗(yàn)，如圖2 所示。要求發(fā)生碰撞時(shí)兩端潰縮吸能，中間保持原有形狀。從圖2 可以看出，碰撞后按照設(shè)計(jì)要求兩端潰縮吸收撞擊能量，中間基本無變形。

3 激光拼焊板設(shè)備的組成及工藝流程

生產(chǎn)設(shè)備主要由三部分組成。1）傳輸裝置:包括上料車、拆垛機(jī)器人、中轉(zhuǎn)機(jī)器人、下料機(jī)器人、磁性傳送帶、打淺坑裝置及堆垛機(jī)器人；2）激光焊接設(shè)備:包括定位工作臺(tái)及激光焊機(jī)；3）檢測設(shè)備:包括在線無損檢測設(shè)備及檢測機(jī)器人。圖3 示出激光拼焊線模型圖[3]。

主要工藝流程包括5 個(gè)方面。

1）料片生產(chǎn)。把金屬板材或者金屬帶材裁剪成預(yù)定尺寸及形狀的料片，一般使用開卷落料線和擺剪設(shè)備進(jìn)行鋼板的裁剪，保證必要的裁剪精度及良好的切邊質(zhì)量。

2）上料工序。通過上料車、拆垛機(jī)器人及中轉(zhuǎn)機(jī)器人將料片放置到夾緊定位裝置。

3）加緊定位。經(jīng)過預(yù)定位工作臺(tái)和精定位工作臺(tái)的2 次定位，將料片準(zhǔn)確定位，準(zhǔn)備焊接。

4）激光拼焊。在激光拼焊時(shí)，既要保證良好的經(jīng)濟(jì)性，又要保證整個(gè)焊縫均衡，焊縫寬度等于原始材料的厚度并具有較好塑性，即沖壓形變能力，焊縫強(qiáng)度不低于被焊接材料中屈服強(qiáng)度低的材料的強(qiáng)度。

5）下料、焊縫檢測。通過機(jī)器人將焊完的板料抓起并豎立，待檢測機(jī)器人檢測完畢后，將板料放到磁性傳送帶。目前某些焊接設(shè)備具有在線不間斷質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，能夠在焊接過程中對焊縫位置、間隙、外形及焊接缺陷進(jìn)行質(zhì)量檢測。對激光拼焊焊縫缺陷，可以用電磁聲學(xué)法（使用橫向偏振平面波）以及微焦點(diǎn)X 光透視等傳統(tǒng)方法檢測，也可以用光學(xué)攝像來進(jìn)行外形與局部缺陷檢測。

6）打淺坑、堆垛及抽檢工序。激光拼焊完成后，由于板料有厚度差，為補(bǔ)償板料堆放時(shí)的厚度不同，在板料打上淺坑，堆垛時(shí)保證堆齊。板料打完淺坑由堆垛機(jī)器人完成板料的疊放。在需要進(jìn)行人工檢測時(shí)，堆垛機(jī)器人可以將板料放到檢測墻上，人工將其從線內(nèi)移到線外，在全線不停機(jī)的情況下，進(jìn)行人工抽查。在對拼焊板焊區(qū)質(zhì)量進(jìn)行生產(chǎn)抽檢時(shí)，應(yīng)主要檢測焊縫的強(qiáng)度及塑性，包括對焊縫及焊區(qū)物理力學(xué)性能的試驗(yàn)。

4 激光拼焊板質(zhì)量要求

激光拼焊板焊接完成后易產(chǎn)生的質(zhì)量缺陷，如圖4所示。質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)為:上下凹陷深度不得超過薄板厚度的10%；上下凸起不能超過薄板厚度的20%；上下錯(cuò)邊深度不得超過薄板厚度的10%。

激光拼焊板質(zhì)量試驗(yàn)檢驗(yàn)方法采用金屬杯突試驗(yàn)檢測，圖5 示出金屬杯突試驗(yàn)后的檢測結(jié)果。

5 結(jié)論

隨著汽車工業(yè)將減重、節(jié)能、減排及提高汽車被動(dòng)安全性作為汽車的發(fā)展趨勢，激光拼焊板得到了大量應(yīng)用。在白車身結(jié)構(gòu)件上使用激光拼焊板，可以減輕車身質(zhì)量，顯著提高安全性能。在沖壓過程中,材料能得到合理利用，降低了廢品率，同時(shí)減少對沖壓模具、裝配夾具及焊接設(shè)備的使用，降低了制造成本。因此激光拼焊板的大量運(yùn)用是汽車工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。