淺談汽車白車身激光焊接質(zhì)量影響因素及控制對策

門平+王帥

[摘 要]激光焊接是利用高輻射強度的激光束，經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)聚焦，對工件加工部位施加高溫進行熱加工的技術(shù)。與傳統(tǒng)的焊接方法相比，激光焊接生產(chǎn)效率高和易實現(xiàn)自動控制的特點使其非常適于大規(guī)模生產(chǎn)線和柔性化制造。其中，激光焊接在工程車輛制造領(lǐng)域中的成功應(yīng)用可大大提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，已經(jīng)凸顯出激光焊接的巨大優(yōu)勢。但是，由于汽車激光焊接過程的復(fù)雜性以及眾多的影響因素，當出現(xiàn)加工質(zhì)量下降時，無法用一個概括的原因來進行解釋。本文論述了激光焊接的基本原理和各種焊接方式的特點及焊接接頭形式，分析了激光焊缺陷的種類及影響激光釬焊質(zhì)量的因素，介紹激光焊質(zhì)量檢測的手段和方法及評價標準、激光焊的安全防護措施及其發(fā)展趨勢。

[關(guān)鍵詞]汽車；激光焊接；缺陷

中圖分類號：TG456.7 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）15-0257-01

0.引言

在近幾十年的時間里，激光應(yīng)用技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。德國大眾汽車制造廠早在20世紀80年代就率先采用激光焊接白車身頂蓋與側(cè)圍、側(cè)圍、車門等鈑金焊接。激光作為一種優(yōu)異的材料加工熱源得到了越來越廣泛的應(yīng)用，其范圍也日益廣泛。從電子工業(yè)到機械制造領(lǐng)域，激光加工技術(shù)變得越來越成熟。在汽車制造領(lǐng)域，激光加工技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。其中激光熔焊、激光釬焊技術(shù)正是在白車身制造的推動下開發(fā)出來的一項新的連接技術(shù)。

1.汽車白車身的激光焊接原理

汽車白車身的焊接是汽車生產(chǎn)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，白車身的焊接質(zhì)量直接關(guān)系到整車的質(zhì)量和使用壽命，關(guān)系到車主的人身財產(chǎn)安全，因此在焊接過程中，一定要保證白車身的焊接質(zhì)量，只有這樣才能從根本上保證白車身質(zhì)量。激光焊接技術(shù)就是利用激光束作為能源照射所要焊接的地方，使所要焊接的地方產(chǎn)生熱量以此對白車身進行焊接。這是因為激光了易產(chǎn)生極高的熱量，同時激光束也可以集中在一點上，產(chǎn)生更好的焊接效果。現(xiàn)階段，激光焊接主要有兩種基本方式，一是傳熱焊接，二是深熔焊接。傳熱焊接法是焊接時白車身金屬材料吸收激光產(chǎn)生的能量，通過熱傳遞方式使將熱量由表面?zhèn)鬟f給金屬內(nèi)部，焊接時表面和內(nèi)部金屬熔化，形成一定量的熔液，熔液凝固后將兩個部件連接在一起。深熔焊接法是，材料表面吸收激光氣化，熔化的金屬在氣化產(chǎn)生的壓力下被擠到周圍，形成一個小孔，這樣隨著激光在焊接件上的移動熔化的金屬會回流到小孔中，最終將兩部分焊接在一起。

2.激光焊接的功能和特點

某品牌汽車是國產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)先、品質(zhì)優(yōu)良的高檔豪華轎車，是高科技的結(jié)晶。主焊線白車身的側(cè)圍與頂蓋的焊接采用激光焊，使白車身的焊接質(zhì)量大幅度提高，為該汽車公司生產(chǎn)品質(zhì)卓越的高級轎車提供了保證。以該車型為例，具體說明其特點：

2.1激光熔焊及激光釬焊的特點

（1）激光熔焊的特點。a.功率密度高，加熱集中，焊縫熱影響區(qū)小；b.獲得較小的焊縫寬度；G直線性好，可以焊接一般焊接方法難以達到的部位，傳播距離長；d.可以焊接難熔的材料；e.一臺激光焊機可以用于多個T位的焊接；f.激光對焊接接頭具有“凈化作用”，使焊縫金屬強度高、韌性好、機械性能好；g.激光焊的缺點是有焊縫腐蝕的危險；h.激光焊接動作均由機器人完成，實現(xiàn)了精確定位的同時，也使得生產(chǎn)時間縮短30%。（2）激光釬焊主要特點。a.激光釬焊焊接速度快，噪聲?。籦.可精確調(diào)節(jié)和控制熱輸入，熱影響區(qū)和變形小，可以焊接特殊結(jié)構(gòu)；c.可釬焊幾何形狀復(fù)雜的工件；熱輸入更低，鍍鋅層燒損更少；d.焊縫成形美觀、質(zhì)量穩(wěn)定，焊后僅需簡單處理甚至無需處理；e.通過外光路系統(tǒng)可以使光束改變方向和傳播路徑，因而可以方便的與機器人連接構(gòu)成柔性加工系統(tǒng)；f.由于在激光填絲釬焊時被連接件問的間隙被滲透.焊縫具有防腐性。當采用適當?shù)墓に噮?shù)，焊縫可不經(jīng)處理進行油漆。

3.影響激光釬焊質(zhì)量的因素影響

3.1主要缺陷。（1）毛孔：正常的毛孔（比微小毛孔大）的直徑最大不超過1.0mm。當毛孔的直徑小于0.2mm時就是微小毛孔；當毛孔的直徑大于1.0mm，就被稱為空洞。（2）熔焊型焊縫：在焊縫中沒有焊料，焊縫的樣子就像是激光熔焊焊縫。（3）低劣的焊料連接：焊條未在加工件的側(cè)面連接起來。在焊縫連接的位置處，焊縫看起來“散成一縷縷的”。（4）焊料的單面連接：焊料只與一個側(cè)面連接了起來。（5）香腸現(xiàn)象：加工件沒有連接起來，在焊縫處焊料筆直地伸展堆積。（6）焊縫不規(guī)則：焊縫塌陷或凸起。（7）鱗狀堆積：焊縫表面不光滑，顯得很粗糙。（8）焊縫開頭/焊縫結(jié)尾問題：在加工件的邊緣會出現(xiàn)焊縫填充不足或過剩的現(xiàn)象，或者是在軌跡上發(fā)現(xiàn)有未熔化的焊條殘余。

3.2白車身生產(chǎn)中質(zhì)量缺陷產(chǎn)生的可能原因

（1）激光設(shè)備的原因：臟了的保護玻璃鏡片或激光器中老化的弧光燈都會降低激光的功率。（2）激光的焦點位置不正確。當激光焦點的直徑太小時，太多的激光能量被集中在焊條上，因此使焊料變得過熱，而同時加工件的側(cè)邊卻沒有得到足夠的加熱，這樣焊料就不容易流到加工件的縫隙中去。而激光焦點的直徑太大時，激光能量不集中，焊不牢。（3）焊條的原因：焊條預(yù)熱溫度錯誤；焊條材料合金成分改變（這樣就有可能不符合加工要求）；焊條引導(dǎo)的速度不恒定或是與激光設(shè)備加工頭速度不相符。（4）其它輔助設(shè)備的原因：由于熔液的凝固而引起的氣體分子的泄漏。由于程序給定錯誤的進給速度或是機器人速度出現(xiàn)波動。（5）間隙尺寸：被焊接零部件之間的間隙尺寸超過激光設(shè)備要求。

4.汽車激光焊接的質(zhì)量控制對策

（1）設(shè)備保養(yǎng)。在汽車激光焊接的質(zhì)量缺陷及影響的因素中，提到了大多數(shù)質(zhì)量缺陷都是由于設(shè)備故障造成的，因此日常的設(shè)備保養(yǎng)和維修顯得尤為重要。以下總結(jié)了激光設(shè)備保養(yǎng)的幾個要求：每天檢測保護玻璃鏡片，對損壞的鏡片及時更換。每天需清理夾具的焊接飛濺殘留物并緊固夾具的固定螺栓。每周檢查激光器中的弧光燈，及時更換老化的弧光燈。對一些輔助設(shè)備例如機器人、送絲機構(gòu)等等都需進行一些日常保養(yǎng)。（2）焊接工件的尺寸精度要求。激光焊對焊件裝配精度要求也非常高，如工件裝配精度或光束定位精度達不到要求，很容易造成焊接缺陷，所以良好而精確的夾緊技術(shù)是激光焊接的保證。普通焊接對被焊接零件間的配合間隙要求在2mm左右，而激光焊接理想的情況是配合間隙越小越好，通常在白車身生產(chǎn)中以被焊接零件間的配合間隙0.2mm來控制。（3）白車身功能尺寸的質(zhì)量控制。根據(jù)現(xiàn)場白車身激光焊接質(zhì)量控制經(jīng)驗，成立一個尺寸小組對影響激光焊接質(zhì)量的關(guān)鍵尺寸進行監(jiān)控是很有必要的。尺寸小組由測量部門、生產(chǎn)部門、質(zhì)保部門、樣板部門組成。小組成員定期召開尺寸會議討論并解決出現(xiàn)的尺寸偏差。測量部門需每天對關(guān)鍵尺寸進行測量并提供相應(yīng)的報告，生產(chǎn)部門需及時的反饋信息，質(zhì)保部門對產(chǎn)生的質(zhì)量問題進行判定，并協(xié)同樣板部門制定解決方案。激光焊質(zhì)量檢測手段為了保證焊縫質(zhì)量，該公司采用多種方法進行檢驗，并制定詳細嚴格的返修計劃，以確保白車身的強度。

5.激光焊未來發(fā)展趨勢

隨著激光焊接技術(shù)的不斷成熟和普遍使用，在將來有著更高穩(wěn)定性和高效率的激光焊接技術(shù)會不斷出現(xiàn)，機器人自動化焊接系統(tǒng)就是其中之一。利用機器人對白車身進行焊接作業(yè)，大大提高了焊接質(zhì)量，提高了生產(chǎn)效率，避免了焊接過程中會出現(xiàn)各種問題，節(jié)省了大量的人力、物力、財力，推動激光焊接技術(shù)不斷走向自動化、信息化，更多經(jīng)濟高效地激光焊接技術(shù)的出現(xiàn)會推動汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。總之，隨著汽車產(chǎn)業(yè)和焊接技術(shù)的不斷發(fā)展，激光焊接技術(shù)會越來越多地應(yīng)用到汽車生產(chǎn)領(lǐng)域。我國必須不斷緊跟世界發(fā)展腳步，在汽車生產(chǎn)領(lǐng)域推廣激光焊接技術(shù)的應(yīng)用，增強我國汽車的國際競爭力，推動我國汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。