淺談車身頂蓋激光釬焊技術(shù)及質(zhì)量控制

陳勇 仝輝 谷家坤 王知 張逸

摘要：白車身焊接是整車生產(chǎn)過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。本文介紹了激光釬焊技術(shù)在白車身側(cè)圍與頂蓋焊接過程中的應(yīng)用。激光釬焊是以激光為熱源加熱釬料融化的釬焊技術(shù)。激光釬焊運(yùn)用于白車身焊接，可以降低車身重量、提高車身的裝配精度，使車身的剛度提升從而提高車身的安全性。

關(guān)鍵詞：激光釬焊;白車身;焊接;質(zhì)量

一、前言

在整車制造的工藝開發(fā)過程中，白車身焊接是其中的一道關(guān)鍵工序。目前，白車身焊接主要采用電阻點(diǎn)焊、MIG焊和MAG焊等焊接方式。在白車身焊接過程中，激光釬焊技術(shù)主要用于車身框架結(jié)構(gòu)的焊接，例如車身頂蓋與側(cè)圍的焊接，激光釬焊運(yùn)用于汽車，可以降低車身重量、提高車身的裝配精度，使車身的剛度提升從而提高車身的安全性。

二、激光釬焊的原理及技術(shù)特性

激光釬焊是以激光為熱源加熱釬料融化的釬焊技術(shù)。激光釬焊采用激光作為焊接熱源，機(jī)器人作為運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。激光熱源的優(yōu)勢(shì)在于，它有著極高的加熱能力，能把大量的能量集中在很小的焊接點(diǎn)上，所以具有能量密度高、加熱集中、焊接速度快和焊接變形小等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)薄板的快速連接。

激光釬焊的關(guān)鍵在于合理的控制激光功率分配。激光束匯聚在釬料上，釬料溫度過高導(dǎo)致融化過快，而母材溫度不足使釬料不能很好潤(rùn)濕母材，影響填充效果，釬縫成形變差。激光束匯聚在母材上，釬料溫度有可能過低，導(dǎo)致釬料流動(dòng)性或活躍性降低，母材可能過熱融化，導(dǎo)致釬料直接進(jìn)入熔池形成熔化焊，形成的脆性相也影響釬縫性能。

根據(jù)加熱溫度的不同，激光釬焊分為軟釬焊和硬釬焊。

釬料液相線溫度低于450℃的稱為軟釬焊。主要用于印刷電路板電子元器件的連接。采用激光輻射加熱集成電路引線，通過釬劑或預(yù)置釬料向基板傳遞熱量。當(dāng)溫度達(dá)到釬焊溫度時(shí)，釬劑和釬料融化，基板和引線潤(rùn)濕形成連接。激光軟釬焊集成電路多采用YAG激光器。

釬料液相線溫度高于450℃的稱為硬釬焊，主要用于結(jié)構(gòu)鋼和鍍鋅鋼板的連接等。激光硬釬焊在有色金屬的連接上也有優(yōu)勢(shì)。大多數(shù)有色金屬對(duì)激光的反射率較高，材料的熱導(dǎo)率較高，激光熔化焊需要較高的功率。激光硬釬焊銀、銅、鎳、金、鋁等有色金屬有良好的效果，釬縫組織細(xì)小，接頭性能良好。

三、激光釬焊的主要設(shè)備組成

激光發(fā)生器：用于激光焊接的激光器主要有CO2氣體激光器和YAG固體激光器兩種。激光發(fā)生器最重要的性能是輸出功率和光束質(zhì)量。從這兩方向考慮，CO2激光器比YAG激光器具有更大優(yōu)勢(shì)，是目前深熔焊接主要采用的激光器。設(shè)備選型時(shí)激光發(fā)生器應(yīng)達(dá)到GB 7247—2012標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)要求，輸出功率4-6kW，可持續(xù)穩(wěn)定地輸出功率，在累計(jì)工作5萬小時(shí)內(nèi)，輸出功率衰減量不超過1%，激光發(fā)生器電-光轉(zhuǎn)化率不低于30%。

送絲系統(tǒng)（含剪絲機(jī)）：一般要求具備推拉絲、速度監(jiān)控、末端傳感器等功能。送絲速度的大小主要考慮釬縫填充和良好成形，送絲速度與釬焊速度應(yīng)匹配，提高釬焊速度的同時(shí)應(yīng)提高送絲速度。

機(jī)器人：焊接過程中的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。焊接接頭形式的不同，對(duì)機(jī)器人的精度要求也有所不同。 搭接焊縫的激光熔焊和角焊縫的激光釬焊可以采用普通的焊接機(jī)器人，對(duì)于對(duì)接焊縫的激光釬焊和激光焊必須采用區(qū)別于常規(guī)機(jī)器人的絞臂式焊接機(jī)器人，通常配備焊縫自動(dòng)跟蹤矯正系統(tǒng)。

工裝夾具 可以保證激光焊接時(shí)所連接板材或總成的精確定位，保證焊縫間隙，防止焊接變形，從而提高焊接及車身質(zhì)量。

四、技術(shù)要求

1、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)要求

如圖六所示， R角要求：頂蓋折邊角a=30°～50°，側(cè)圍折邊角b=40°～50°，頂蓋R角R1=1.5～2.2mm，側(cè)圍R角R1=2.0～3.5mm。 頂蓋翻邊長(zhǎng)度L=9.0～13.0 mm，頂蓋與側(cè)圍高差H=2.6～3.2 mm，頂蓋末端與側(cè)圍R角避讓間隙L=2～3mm。

2、沖壓件要求

頂蓋外板要求的輪廓度要求：整條焊縫0～0.6mm;每150mm內(nèi)：0～0.3（每30mm取一個(gè)測(cè)點(diǎn)）;位置度要求：±0.4mm，每50mm取一個(gè)測(cè)量點(diǎn);四個(gè)尖角：保證頂蓋四個(gè)尖角的貼合，要求Y向及Z向不允許有堆料。下部修邊線要保證頂蓋與側(cè)圍的良好貼合。

側(cè)圍外板輪廓度要求：整條焊縫0～0.6mm;每150mm內(nèi)：0～0.3mm（間隙30mm，與頂蓋側(cè)量點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)）;位置度要求：±0.4mm，每50mm取一個(gè)測(cè)點(diǎn)，與頂蓋側(cè)量點(diǎn)一一對(duì)應(yīng);激光焊縫位置Z向±4mm范圍內(nèi)，要求平整，過過渡均勻。

3、車身幾何尺寸要求：

側(cè)圍與頂蓋的貼合間隙需小于0.3mm。起收弧位置：機(jī)器人精度要求做的X±1 mm，Y±1.5mm，Z±2.0 mm;Y向開度：±1mm;頂蓋相對(duì)側(cè)圍的Z向高低面差：頂蓋與側(cè)圍的面差單側(cè)不均勻<1.5，左右面差不對(duì)稱在相同X截面<1.5 mm。

五、工藝方案

為確保生產(chǎn)質(zhì)量，通常的車身頂蓋與側(cè)圍激光釬焊的工藝布局一般由：激光釬焊工位、打磨工位和檢查工位構(gòu)成。

1、激光釬焊工位

激光釬焊工位：車身輸送系統(tǒng)將白車身骨架輸送至本工位，夾具夾緊，隨后1臺(tái)機(jī)器人將頂蓋抓手壓緊到位，另外2臺(tái)機(jī)器人完成激光釬焊，焊接完成后輸送至下一工位。主要設(shè)備及需求見下表：

2、打磨工位

本工位的主要功能有：去除焊煙，拋光及清除焊縫、焊渣等;

打磨形式：機(jī)器人柔性打磨，自適應(yīng)頂蓋焊縫輪廓曲線;

粉塵收集：自動(dòng)粉塵收集功能;

設(shè)備參數(shù)：工藝參數(shù)可實(shí)時(shí)在線調(diào)節(jié)，安全設(shè)定，實(shí)時(shí)報(bào)警，穩(wěn)定輸出，質(zhì)量可控。主要設(shè)備及需求數(shù)量見下表：

本工位一般為人工檢查工位，對(duì)焊接缺陷進(jìn)行檢查、判定。激光焊接后焊縫處會(huì)存在缺陷：氣孔、弧坑。此類缺陷影會(huì)響車身質(zhì)量，需要返修。

六、結(jié)束語

本文介紹了激光釬焊的技術(shù)特性，以及在白車身焊接（側(cè)圍與頂蓋）過程中對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、沖壓件質(zhì)量、車身尺寸的基本要求和工藝布局。隨著汽車工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，激光釬焊技術(shù)將在白車身焊接過程中得到更加廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]李亞江，李嘉寧. 激光焊接/切割/熔覆技術(shù). 超越激光. 化學(xué)工業(yè)出版社. 2012. 79-80.

[2]李斌，黃海，國(guó)莉，郭漣. 白車身車頂蓋激光焊接系統(tǒng). AI汽車制造業(yè). 2012-10.

作者簡(jiǎn)介：

陳勇（1979，6-）男，職稱：工程師，研究方向：焊裝中長(zhǎng)期規(guī)劃、新項(xiàng)目平臺(tái)開發(fā)總監(jiān)及前沿技術(shù)研究。

仝輝（1983，10-）男，職稱：機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程師，研究方向：白車身焊接的工藝開發(fā)工作。