激光焊接技術在汽車頂蓋的應用

張澤茜 魯寧

【摘 要】激光作為焊接光源，具有能量密度較高的特點，并且焊接和切割速度快，它的加熱范圍較小，激光焊接的形變量小和深寬比大，焊縫較窄，激光加工的熱影響區(qū)域窄，廣泛應用于白車身制造領域。本文對激光焊接工藝進行了簡要敘述，并對頂蓋激光釬焊組成、零件搭接結構及與傳統(tǒng)焊接的優(yōu)缺點進行了詳細闡述，為激光焊接技術在汽車頂蓋上的應用提供參考。

【關鍵詞】汽車頂蓋；激光焊接；搭接方式

前言

激光焊接技術從上世紀80年代起，運用于汽車車身制造領域中。激光焊技術的應用是光學與金屬學的融合，在薄板焊接領域開辟了新的技術。激光作為焊接光源，具有能量密度較高的特點，并且焊接和切割速度快，它的加熱范圍較小，激光焊接的形變量小和深寬比大，焊縫較窄，激光加工的熱影響區(qū)域窄，廣泛應用于白車身制造領域。近年來，激光焊接設備成本逐漸降低，進而使白車身激光焊接技術得到了推廣，在汽車制造的各個領域激光焊接技術得到廣泛的應用，成為汽車激光焊接領域的新發(fā)展方向。

本文對激光焊接工藝進行了簡要敘述，并對頂蓋激光釬焊組成、零件搭接結構及與傳統(tǒng)焊接的優(yōu)缺點進行了詳細闡述，為激光焊接技術在汽車頂蓋上的應用提供參考。[1]

1.激光釬焊工藝

激光釬焊是激光焊接技術中的一種焊接方法，由于激光能量密度大，可以作為熱源，將焊絲材料熔化，激光光速經(jīng)過聚焦后照射在焊絲表面，在機器人的牽引下，將熔化了的焊絲材料浸潤到被焊接的工業(yè)零件上，已經(jīng)被激光熔化的焊絲填充到要焊接的生產(chǎn)工件之間，使生產(chǎn)工件間得到很好的結合，完成激光焊接工藝。

在激光釬焊工藝中，整個焊接系統(tǒng)的焊接速度很快，而且焊縫比較狹窄，對外關也有很高的要求，焊接系統(tǒng)對焊接參數(shù)要求精確，同時對焊接工藝中的送絲速度較精確，對平穩(wěn)性要求也很高。

激光釬焊時釬料的選則也很重要，要求解約成本，符合設計要求，要結合目材的性能，達到激光釬焊的加熱調(diào)件。這就要求所選用的釬料要有合適的熔點，它的成分要均勻，穩(wěn)定性要好，并有良好的潤濕性，釬料與目材結合的牢固，具有激光熱源的性質(zhì)，符合節(jié)約成本的要求。

2.激光釬焊的優(yōu)點

激光焊接技術中的激光釬焊具有很多優(yōu)點，在工業(yè)生產(chǎn)中，進行激光釬焊的母體材料本身并不熔化，僅僅是使選用焊接釬料熔化，這樣可以焊縫表面非常的光滑，使生產(chǎn)工件的外形更加美觀，其密封性也比較好，使工件的焊接區(qū)域得到了大大的加強，提升了安全性能。

熱量輸入很小、焊縫深寬比大，熱影響區(qū)小導致工件收縮和變形很小，無需焊后矯形；焊縫強度高、焊接速度快、焊縫窄且通常表面狀態(tài)好，免去焊后清理等工作；焊接一致性、穩(wěn)定性好一般不加填充金屬和焊劑，并能實現(xiàn)部分異種材料焊接；光束易于控制，焊接定位精確易于實現(xiàn)自動化；非接觸加工，不需對工件加壓和進行表面處理；焊點小、能量密度高、適合于高速加工；短時間焊接，既對外界無熱影響，又對材料本身的熱變形及熱影響區(qū)小，尤其適合加工高熔點、高硬度、特種材料；無加工噪音，對環(huán)境無污染；可通過光纖實現(xiàn)遠距離、普通方法難以達到的部位、多路同時或分時焊接；很容易改變激光輸出焦距及焊點位置；很容易搭載到自動機、機器人裝置上；與其它焊接工藝方法比較激光焊接的前期投資較大；被焊工件裝配精度高，相對而言對光束操控的精確性也有較高的要求；由于飛濺大，穿透焊的焊縫相對于釬焊更粗糙，但是強度比普通點焊要強得多。

3.激光釬焊的局限性

在實際工業(yè)生產(chǎn)中，在激光焊接過程中，工件間的焊縫質(zhì)量缺陷依然會出現(xiàn)。它受到很多因素的影響，例如操作空間狹小，設備陳舊老化，焊接過程軌跡設計不合理等。

激光釬焊中容易出現(xiàn)氣孔，例如母材表面不夠清潔，鏡片的損耗度大，釬焊絲與激光束交點相對位置發(fā)生改變等，焊縫表面都會出現(xiàn)不同狀態(tài)的氣孔；焊接過程中出現(xiàn)熔焊型焊縫，它要受到送絲機構穩(wěn)定性的影響，受到送絲過程中釬焊絲剩余多少的影響；容易出現(xiàn)焊縫單邊焊，在進行工件間的焊接前，激光束與導嘴處焊絲的相對位置發(fā)生偏移，最終只能導焊絲與板件單邊接觸，不能在生產(chǎn)工件的焊縫間隙內(nèi)潤濕和鋪展；焊縫開始或者尾端，釬料沒有填滿焊縫，或者釬料伸出焊縫表面；被焊接的板件被激光燒穿，受到機器人故障的影響，冷卻水溫度的影響；容易出現(xiàn)激光熔焊與激光釬焊共存的現(xiàn)象，受送絲機構中釬焊絲剩余量多少的影響，受到送絲機構穩(wěn)定性的影響。

4汽車頂蓋激光焊接應用

汽車工業(yè)中的激光焊接技術在往往應用在汽車的白車身焊接上。因此，利用激光焊接技術不但可以使汽車車身的抗沖擊性得到改善，還可以使得車身的抗疲勞效果増加，進而提高汽車的品質(zhì)。而汽車的激光焊接往往是通過計算機或PLC進行控制的，所以靈活性以及控制的機動性較高。比如汽車頂蓋應用激光焊接技術不單單具有較高的效率，還具有一定的經(jīng)濟性，并在抗腐蝕、強度及外觀質(zhì)量等方面表現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢。

4.1激光頂蓋釬焊的系統(tǒng)組成

汽車頂蓋激光焊接系統(tǒng)中激光發(fā)生器需要在使用的過程中配合冷卻系統(tǒng)，騎在工作的過程中會產(chǎn)生一定的激光，并經(jīng)過耦合之后生產(chǎn)具有規(guī)定波長的激光束，進而配合焊接。激光焊接接頭是在傳輸焊接激光后，使其經(jīng)過光頭校準處理，并使得其成為具有一定加工性能的激光束。焊接系統(tǒng)中的機器人系統(tǒng)主要承擔焊接軌跡行走的作用，同時對焊接中的參數(shù)進行合理的調(diào)節(jié)，并給出準確的電氣信號。PLC控制臺是焊接系統(tǒng)的司令部，其主要對焊接系統(tǒng)中的各個電氣進行實時的處理，并對機器人進行協(xié)調(diào)和處理，同時實現(xiàn)自動化系統(tǒng)的信號交換。

4.2頂蓋激光釬焊銀金搭接方式

相較于電阻點焊的側(cè)圍和車頂分別作翻邊用于連接，激光軒焊車頂連接為滿足激光釬焊的焊接工藝要求，激光軒焊車頂連接為滿足激光釬焊的焊接工藝要求，車頂和側(cè)圍連接某一剖面處形成點接觸，整個接觸區(qū)域形成線接觸。由于零件制造公差、壓緊工裝和車頂自重等，導致車頂易下沉。為了克服車頂下沉被周邊搭接面頂起，將頂蓋和側(cè)圍接觸面左右形成倒梯形，吸收頂蓋下沉的容差，達到造型的光順、車頂和側(cè)圍能有效接觸和滿足制造工藝需求，同時也獲得良好的外觀質(zhì)量。

側(cè)圍與水平方向的夾角，保證車頂和側(cè)圍之間足夠接觸；車頂和側(cè)圍5°夾角，確保車頂和側(cè)圍有一個正切直線接觸；圓角半徑：圓角的最小要求，為了提高整車的外觀表現(xiàn)，減少焊絲的填充，降低成本；圓角半徑：造型要求一個連續(xù)特征線穿過車頂和風窗玻璃；執(zhí)行楔型塊需求平面，造型要求一個連續(xù)特征線穿過車頂和風窗玻璃。焊接平面需求，焊接搭接面需要連續(xù)，這個特征確保焊接搭接面為-平面，不允許出圓角，保證l.5mm交叉平面；ll.5mm平面要求，確保車頂和側(cè)圍的接觸；模具成型約束：折彎邊。

4.3焊接過程需要做到四點合一

為了使得激光雕自動系統(tǒng)的工作更加的安全、穩(wěn)定、可靠，使得自動化焊接系統(tǒng)中的機器人TCP點、激光焦點、焊絲端點、十字光標中心，四點合一。這樣才能提高激光頂蓋釬焊的系統(tǒng)的作業(yè)效率及焊縫質(zhì)量。

結語

激光釬焊焊縫外觀質(zhì)量良好，焊縫均勻、平整光滑，外形美觀，激光焊接不僅有著焊接效率高，外成形美觀，熱影響區(qū)域小及精度高等一系列優(yōu)點，更重要的是它大大增強了車身焊接強度。提高了汽車的安全品質(zhì)。我們需要對激光釬焊降低運營成本降低方面進行進一步的研究?？煽紤]研發(fā)更低成本的焊絲替代現(xiàn)有的CuSi3焊絲，或者研究合適的鈑金搭接方式及焊接參數(shù)取消焊絲，這樣激光焊接技術可以更廣泛的應用在汽車行業(yè)當中。

參考文獻：

[1] 周麗.汽車頂蓋激光焊接釬焊研究[J].科技傳播，2012，（21）：81+87.

[2] 蔣偉光，熊志明.淺議激光焊接在汽車頂蓋的應用[J].時代汽車，2016，（12）：58-59.

[3] 湯旭東，徐平.汽車車身制造的激光焊接應用[J].自動化博覽，2012，（03）：48-51.

（作者單位：長城汽車股份有限公司）