汽車縱梁加強(qiáng)件用激光拼焊板開裂問題研究

江聚寧

摘 要：汽車前邊梁左右件為激光拼焊件，在實(shí)際沖壓使用中，沖壓第一序深拉延工序存在偶發(fā)開裂現(xiàn)象，為薄板側(cè)靠近焊縫處，嚴(yán)重時裂口延展至零件表面，造成零件報廢。通過分析激光拼焊板的原材料性能波動、沖壓模具設(shè)計、激光拼焊板品質(zhì)問題等確定了開裂的原因，并提出有效的整改措施。通過網(wǎng)格分析檢測確認(rèn)此次改善效果完全滿足現(xiàn)有生產(chǎn)要求。

關(guān)鍵詞：汽車縱梁加強(qiáng)件；激光拼焊板；開裂因素

引言

激光拼焊板技術(shù)是利用激光將不同厚度、不同材料及不同表面涂層的鋼板拼接在一起，可以為提高車身強(qiáng)度、降低汽車重量、減少汽車制造和運(yùn)行成本提供顯著成效。目前，國內(nèi)外激光拼焊板的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟，傳統(tǒng)方式可以將激光拼焊板按照材料厚度、強(qiáng)度級別以及拼焊方式的不同分為：同厚度不同強(qiáng)度、不同厚度同強(qiáng)度及不同厚度同等強(qiáng)度三類。

車門內(nèi)板是汽車上典型的形狀復(fù)雜、拉延深的零件，發(fā)生開裂主要與激光拼焊板表面狀態(tài)、

力學(xué)性能、焊接強(qiáng)度以及零件的模具狀態(tài)等有較大關(guān)系。

1.激光拼焊板開裂因素

聚焦零件沖壓開裂，協(xié)同用戶排查，經(jīng)整理，主要因素以下幾點(diǎn)。

1）原材料性能波動。

2）落料坯料品質(zhì)問題：落料件外形尺寸確認(rèn)左、右前邊梁采用專用落料模，每批次結(jié)合落料件斷面質(zhì)量對模具刃口進(jìn)行點(diǎn)檢和保養(yǎng)。通過每批次抽檢，外形尺寸與標(biāo)準(zhǔn)樣板在公差±1mm范圍內(nèi)，平坦度≤2.0 mm，毛刺≤0.13 mm。

3）激光拼焊板品質(zhì)問題：拼焊件外形尺寸確認(rèn)。焊接采用專用夾具，夾具與拼焊件采用輪廓定位，誤差1mm；焊接工藝技術(shù)，在焊接起始時存在時間差，焊接的開始和結(jié)束端有1MM收弧口產(chǎn)生。通過夾具調(diào)整，使其中一邊對齊，另一側(cè)人工打磨消除錯邊。每批次按標(biāo)準(zhǔn)樣件和檢測要點(diǎn)檢查并記錄，發(fā)往用戶現(xiàn)場實(shí)施抽檢，確認(rèn)外形尺寸與標(biāo)準(zhǔn)樣板在公差±1mm范圍內(nèi)，達(dá)到用戶送貨標(biāo)準(zhǔn)?？煞乐挂蚱春讣庑屋喞叽绯睿鸬臎_壓零件開裂。

4）沖壓設(shè)備精度：焊縫性能杯突實(shí)驗。杯突實(shí)驗：激光拼焊板生產(chǎn)線體裝有超聲波檢測儀，用于檢測焊接位置的漏焊、缺焊等缺陷，檢測設(shè)備精度高、確認(rèn)快，可以將廢品率控制在 0.5%。為了確認(rèn)激光拼焊板的焊接強(qiáng)度能否滿足縱梁加強(qiáng)件的拉延深度，此次隨機(jī)抽取兩張激光拼焊板進(jìn)行杯突試驗，杯突試驗是評價金屬薄板成形性的試驗方法，經(jīng)常用于檢測激光拼焊板的焊接強(qiáng)度。從測試效果來看，兩張激光拼焊板在薄板熱影響區(qū)以外發(fā)生開裂，并且開裂方向與焊縫平行，滿足生產(chǎn)使用要求。

針對前期對用戶兩個廠區(qū)不同模具網(wǎng)格實(shí)驗的成型工序件進(jìn)行對比，1號廠區(qū)的工藝補(bǔ)充面較2號廠區(qū)工藝補(bǔ)充面有差異。結(jié)合實(shí)際產(chǎn)線和模具狀態(tài)，在用戶沖壓技術(shù)科支持和協(xié)調(diào)中，對1號廠區(qū)壓機(jī)閉合高度調(diào)整試做。（+50mm、+30mm、+15mm）沖壓，閉合高度+15mm左右材料發(fā)生開裂，模具閉合材料壓緊（此區(qū)域與焊縫位置較接近，約20mm位置）影響材料流動，導(dǎo)致深沖工序材料開裂。調(diào)試結(jié)果：通過1號廠區(qū)800T半自動沖壓線記錄，紅色圓圈區(qū)域工藝補(bǔ)充面較集聚，設(shè)備穩(wěn)定性較差于2號廠區(qū)全自動穩(wěn)定性。產(chǎn)線精度是要因。

5）模具精度：沖壓模具。針對1號廠區(qū)的產(chǎn)線和模具狀態(tài)，對沖壓1號廠區(qū)沖壓模具跟蹤，改善模具狀態(tài)。調(diào)整沖壓機(jī)到底成型壓力；調(diào)整壓邊圈的平衡塊間隙；PB工藝補(bǔ)充面依2號廠區(qū)變更；對PB.PD成型鋼塊表面TD涂層部分失效，進(jìn)行拋光。調(diào)試結(jié)果：通過1號廠區(qū)調(diào)試記錄，紅色圓圈區(qū)域工藝補(bǔ)充面依然偶發(fā)焊縫邊部的母材開裂。模具設(shè)計是沖壓開裂的要因。

6）沖壓工藝。

為了能夠了解沖壓后零件的真實(shí)狀態(tài)，在生產(chǎn)過程中隨機(jī)抽取一個零件進(jìn)行網(wǎng)格分析。網(wǎng)格分析用于測量實(shí)體零件減薄率，其分析結(jié)果可以清晰認(rèn)識零件減薄率的分布情況。

網(wǎng)格成形極限分析：在本工況條件下區(qū)域A由于材料力學(xué)性能波動、沖壓工況差異等因素影響下，第一工序已發(fā)生開裂現(xiàn)象。實(shí)驗結(jié)果：通過厚度應(yīng)變和網(wǎng)格應(yīng)變實(shí)驗，紅色圓圈區(qū)域安全裕度為10%，處于臨界區(qū)域邊緣，其他區(qū)域內(nèi)的測量點(diǎn)均位于安全范圍內(nèi)。模具工藝：前期模具整改期間提出，模具工藝的合理性。參與用戶技術(shù)部門、模具保全商討模具工藝合理性。模具設(shè)計中沒有設(shè)置焊縫端部的切邊工藝，因拼焊板的拼焊裝夾誤差和零件公差，疊加在拼焊后有1mm的錯邊和收弧口。此處的缺陷在成型時有偶發(fā)焊縫開裂和整車焊裝超差。通過對全工序模具檢討，PB成型模有多處優(yōu)化空間，后工序模具增加焊縫端部切邊無空間。與東風(fēng)日產(chǎn)相關(guān)部門對增加焊端切邊的工藝檢討打合：考慮模具能力及潛在風(fēng)險，暫不增加切邊工藝。

2.對策

2.1 確定方案

通過前期要因確認(rèn)，積極協(xié)同用戶沖壓技術(shù)科的沖壓試做。

1、PB成型模具鑲塊新制，包括工藝造型變更，鑲塊TD處理；

2、用戶1號廠區(qū)對沖壓線PB工序沖壓機(jī)更換；

3、更換落料模老化鑲塊；

4、由2016年同期焊縫開裂率0.6%降至0.3%。

2017年6月底，結(jié)合調(diào)查結(jié)論，對用戶提出改善方案：不在現(xiàn)在基礎(chǔ)上增加模具改造風(fēng)險前提下，提出在厚板落料邊線增加工藝缺口的方案，一并與用戶研發(fā)中心評估該零件可實(shí)施的改善方案。結(jié)合零件數(shù)模，通過CAE仿真分析，初步確定落料模邊線的優(yōu)化方案。

2.2 實(shí)施方案

在前期采用激光切割C型工藝口后，試做效果明顯。

經(jīng)過前期激光切割試做的檢測報告，重新優(yōu)化落料邊線。對落料刃口線的鑲塊進(jìn)行了新制。通過落料試制成功后，后序批量生產(chǎn)一個月。

2017年9月、10月開始試量產(chǎn)供貨，前邊梁批量試作不良率為0.01%，比2016年0.73%不良率下降0.72%

2.3方案效果

通過此次方案的實(shí)施，解決了原先零件成型工藝設(shè)計不合理及模具狀態(tài)老化，產(chǎn)生的焊縫開裂、邊部暗裂品質(zhì)不良；

改進(jìn)后提高左、右前邊梁成材率0.72%，用戶每年左、右前邊梁使用量約108萬片，其經(jīng)濟(jì)效益每年約：1，080，000x0.72%X62.36=48.5萬元，該零件為長期使用零件，預(yù)計生命周期10年，項目總效益485萬元。

3.結(jié)論

前邊梁成型工藝優(yōu)化項目通過技術(shù)協(xié)同，最終實(shí)現(xiàn)在為客戶解決“老大難”質(zhì)量問題的同時，提升了零件成材率，同時為類似零件的前期設(shè)計提供了參考方向。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：廣州花都寶井汽車鋼材部件有限公司）