激光釬焊焊接缺陷和控制方法分析

【摘要】本文對頂蓋激光釬焊工藝的工藝特點進行了介紹，闡述了產(chǎn)生焊接缺陷的原因，并提出了解決措施。在實際生產(chǎn)中由于相關(guān)因素的變化過于頻繁，導(dǎo)致焊縫缺陷時有發(fā)生，給生產(chǎn)和質(zhì)量控制帶來困難，氣孔、“咬邊”和焊縫填料不連續(xù)為常見的焊接缺陷類型。

【關(guān)鍵詞】激光;焊接;咬邊

激光焊接是汽車生產(chǎn)中新興的焊接領(lǐng)域，將光學(xué)加工應(yīng)用于金屬加工領(lǐng)域，為薄板焊接開辟了新的領(lǐng)域，通過激光的薄板焊接降低了汽車車身的質(zhì)量，增加汽車車身的強度，同時也改善了汽車零件加工的焊接工藝，提供了新的解決思路。隨著激光焊接設(shè)備成本的進一步降低和白車身激光焊接的推廣，激光焊接將會逐步應(yīng)用于汽車制造的各個領(lǐng)域，成為汽車焊接新的發(fā)展方向。

一、白車身頂蓋和側(cè)圍激光釬焊工藝特點

在激光釬焊焊接過程中，送絲機構(gòu)驅(qū)動填充焊絲以一定的角度向焊接區(qū)激光束的焦斑位置輸入。焊絲一部分被激光束照射直接熔化;一部分由激光熔化母材（即側(cè)圍和頂蓋板材）誘導(dǎo)的等離子體加熱熔化。熔化的焊絲和坡口兩側(cè)熔化的母材一起形成熔池。

白車身頂蓋和側(cè)圍所采用的一般為電鍍鋅薄鋼板，型號為DC06 ZE50/50 BPO。由于鍍鋅的熔點在420℃左右，采用的釬料Cusi3在910℃左右，而鋼的熔點在1535℃左右，因此，采用傳統(tǒng)的電阻點焊直接熔化母材將造成鍍鋅層的破壞，降低車身的耐腐蝕性。激光釬焊焊接將以其熱量集中、快速焊接的優(yōu)點，熔化釬料的同時，對熔池周圍板材的熱影響較少，很好地保護了板材的鍍鋅層。釬料Cusi3的采用，在汽車白車身焊接工藝激光釬焊系統(tǒng)中較為普遍，因此激光釬焊焊接通常稱為激光黃銅釬焊（Laser brazing）。

送絲方式則采用前置送絲方式，即送絲相反于熔池方向，其優(yōu)點在于送絲入池可靠性較好，而且對接坡口對焊絲具有導(dǎo)向左右，利于坡口上下和左右的偏差。同時，為了彌補頂蓋和側(cè)圍錯位誤差，常采用激光自適應(yīng)鏡頭，以便消除焊絲對坡口Y/Z偏差的影響。在高速釬焊接時，需要較高的功率密度和送絲速度，很容易造成釬焊質(zhì)量的不穩(wěn)定性。此外，由于激光焊成本較高，通過單純提高功率來提高釬焊速度并不利于生產(chǎn)的經(jīng)濟性。通常簡單施加一個額外的熱源，可以在現(xiàn)有的激光功率下提高釬焊速度。通常將此種焊接方式稱之為輔助電流激光釬焊。

二、激光釬焊焊接缺陷介紹

要想獲得一條功能和目視均滿足要求的頂蓋焊縫需要激光功率、機器人速度、焊絲送絲速度和光束入射角的完美結(jié)合，另外，輔助的保護氣體也應(yīng)該進行相應(yīng)的配置。但在實際生產(chǎn)中由于相關(guān)因素的變化過于頻繁，導(dǎo)致焊縫缺陷時有發(fā)生，給生產(chǎn)和質(zhì)量控制帶來困難，氣孔、“咬邊”和焊縫填料不連續(xù)為常見的焊接缺陷類型。

三、焊接缺陷及所對應(yīng)的原因及控制措施

在激光釬焊過程中，由于焊絲對激光功率具有漫反射，因此整條焊縫內(nèi)激光功率作用于焊絲的能量不一致，導(dǎo)致部分段焊絲熔化不充分，使液態(tài)、固態(tài)的釬料耦合連接處產(chǎn)生氣隙，形成氣孔;熔池內(nèi)存在的惰性氣體和雜質(zhì)也可能破壞填料的侵潤，氣體壓制在釬料內(nèi)，形成了氣孔;板材表面存在污染，雜物在激光作用下爆炸形成氣泡，直接在焊縫表面或貫穿整個焊縫熔深而形成氣孔;如果激光功率過大，使釬料汽化爆炸，將導(dǎo)致氣孔數(shù)量的增多。

常用的抑制焊縫氣孔的方法為：

1.匹配合理的激光功率、焊接速度和送絲速度，盡量保證焊接速度的一致性和高速連續(xù)焊接;

2.嚴(yán)格選擇釬料焊材，保證焊絲Si鍍層的均勻;

3.保證頂蓋和側(cè)圍焊接區(qū)域的潔凈;

4.采用氬氣或氦氣做保護氣體。

“咬邊”缺陷主要表現(xiàn)為焊縫一側(cè)侵潤不夠，造成焊縫和板材結(jié)合處成灰黑色且如“鋸齒狀”。此種缺陷產(chǎn)生的原因在于：板材匹配間隙不合理，造成填料侵潤不夠;焊絲和光斑對中性不夠，造成熔池邊緣熔化不充分;功率不夠或焦點過小，導(dǎo)致板材熱量不夠，不利于板材和釬料的融合。

常用的抑制焊縫“咬邊”缺陷的方法為：校正機器人軌跡并確認(rèn)是否焊絲相對光斑中心變化;確認(rèn)光斑的大小和焊絲是否匹配;功率或熱絲電流的調(diào)整;板材間隙的調(diào)整。

焊縫“下陷”并不連續(xù)。此焊縫缺陷表現(xiàn)為焊縫填料較少且焊料不均勻。具體原因為：整體焊接區(qū)域板材搭配超差且不一致;送絲不穩(wěn)定，時慢時快;軌跡編制不合理等因素。

常用的抑制焊縫“下陷不連續(xù)”缺陷的方法為：校正機器人軌跡;同步送絲設(shè)備，使焊絲平穩(wěn)送出;保證板材間隙一致性并小于0.5mm;匹配送絲速度和焊接速度。

焊縫焊偏，焊接過程中機器人軌跡偏離焊接區(qū)域，造成焊縫焊偏。處理方法為校正機器人軌跡并確認(rèn)焊接激光導(dǎo)向力設(shè)置是否合理。

四、常用的返修方法介紹

對于評定標(biāo)準(zhǔn)中可以返修的焊縫常用手工返修來彌補缺陷，以降低整車的報廢。常用的返修方法分為高頻打磨和手工補錫膏后拋光。

焊縫表面不平整，不光滑，此時可以采用手工打磨。使用設(shè)備為Bosh風(fēng)動打磨器配馬圈牌PNER-H750 3A進行粗打磨;使用Bosh風(fēng)動打磨器配3M公司Z80砂紙進行拋光。打磨時注意角度和“吃料”厚度，防止損壞基材和焊縫。焊縫大于0.2mm的氣孔，需要手工補錫膏進行返修。具體方法為使用電烙鐵對孔進行加熱后灌入錫膏，冷卻后再對返修區(qū)打磨拋光。

五、結(jié)束

隨著車身設(shè)計的優(yōu)化，激光焊接對車身結(jié)構(gòu)特有的優(yōu)勢以及激光焊接技術(shù)可靠性的進一步提高和設(shè)備成本的降低，相信激光焊接技術(shù)在汽車工業(yè)會有更廣泛的應(yīng)用。

參考文獻

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[2]潘波.汽車生產(chǎn)用激光釬焊系統(tǒng)設(shè)計，電機焊，2010. 11（11）17-22.

[3]王軍.淺析激光釬焊缺陷形成原因及控制措施，汽車工藝與材料，2010（9）31-34.

作者簡介：

李興陽（1982—），男，河南南陽人，吉林大學(xué)汽車工程學(xué)院汽車機械制造專業(yè)畢業(yè)，研究方向：白車身激光焊接技術(shù)及質(zhì)量控制。

周麗（1981—），女，吉林長春人，長春理工大學(xué)碩士，研究方向：激光光學(xué)，物理學(xué)。