激光焊在汽車(chē)白車(chē)身應(yīng)用

陳巖 宋勝溥

摘 要：激光焊接的車(chē)身提高了車(chē)身30%多的鋼度，從而提升了車(chē)身的安全性，同時(shí)也減輕了車(chē)身重量，還可以達(dá)到省油的目的，本文淺談汽車(chē)生產(chǎn)過(guò)程中一項(xiàng)重要工藝——激光焊接技術(shù)，以激光焊在新捷達(dá)車(chē)身實(shí)際應(yīng)用為例，通過(guò)激光復(fù)合焊的設(shè)備組成和焊接原理來(lái)闡述實(shí)現(xiàn)一條完美的激光焊焊道需要合理參數(shù)及具體匹配要求，總結(jié)在實(shí)際應(yīng)用中激光焊質(zhì)量?jī)?yōu)化和焊接質(zhì)量檢測(cè)方法。

關(guān)鍵詞：新捷達(dá);參數(shù);匹配;質(zhì)量

0? 前言

目前汽車(chē)工業(yè)中，激光技術(shù)主要用于車(chē)身拼焊、焊接和零件焊接，零件焊接部位幾乎沒(méi)有變形，焊接速度快，而且不需要焊后熱處理，。新捷達(dá)VS5的側(cè)圍頂蓋，行李箱后蓋均采用激光焊接技術(shù)，激光焊道長(zhǎng)度達(dá)到4349mm，同級(jí)別車(chē)型中激光焊道使用最長(zhǎng)的車(chē)型。

1 激光焊設(shè)備組成

1.1激光焊接系統(tǒng)組成

新捷達(dá)VS5使用世界最先進(jìn)的激光焊接系統(tǒng)，包括德國(guó)的Laserline LDF6000-60二極管激光器，Scansonic 的ALO3焊接鏡頭，BINZEL的V3送絲系統(tǒng)，HIGHYAG光纜，Riedel激光器冷卻器組成。通過(guò)激光器發(fā)射波長(zhǎng)960nm-1060nm的激光通過(guò)光纜傳輸，經(jīng)過(guò)ALO3焊接頭聚焦作用在焊絲上和車(chē)身上，經(jīng)過(guò)熱傳導(dǎo)將焊絲融化形成激光焊道。

2 激光焊焊接原理

2.1? 激光焊焊接原理

采用了熱傳導(dǎo)的焊接方，焊接才料CuSi3，激光波長(zhǎng)960nm激光照射到Cu焊絲和鍍鋅鋼板上后，由于Fe的吸收率（30%）遠(yuǎn)大于Cu的吸收率（5%），所以鋼板的溫度升高的比銅焊絲的溫度快，所以銅焊絲熔化的能量大部分來(lái)自于鋼板的熱傳導(dǎo)。

鋼板的溫度升到910°C，這是銅焊絲開(kāi)始熔化，覆蓋在鋼板上（可以防止鋼板氧化）。液態(tài)的Cu遇到焊縫邊上的冷鋼板時(shí)，迅速的凝固，將兩塊鋼板連接在一起。

新捷達(dá)頂蓋與側(cè)圍采用了45度的搭接方式如圖3，整條焊道采用了激光復(fù)合焊接外板與頂蓋之間是CuSi3填充物，傳統(tǒng)的焊接方法為點(diǎn)焊，如圖4所示。比較兩者可以看出，采用激光焊接后，頂蓋和側(cè)面車(chē)身的搭接邊寬度減少，降低了鋼板使用量，同時(shí)提高了車(chē)體的剛度。采用點(diǎn)焊的頂蓋需要安裝防雨膠條，影響車(chē)身美觀，采用激光焊的頂蓋不需要其他裝飾，簡(jiǎn)潔，美觀。

3 新捷達(dá)激光焊工藝流程

新捷達(dá)頂蓋與側(cè)圍通過(guò)自動(dòng)清擦設(shè)備，將工件表面油污清理干凈，通過(guò)自動(dòng)抓件將車(chē)身頂蓋安裝到車(chē)身，進(jìn)入激光焊工位，激光焊工位由特殊鋁合金材質(zhì)組成，可有效防止激光傷害，車(chē)身頂蓋由高精度夾具定位，保證激光焊縫的匹配間隙，保證激光焊接質(zhì)量，焊接完成后經(jīng)過(guò)兩道工序自動(dòng)打磨工位，第一道粗打磨，可以打磨掉焊縫中細(xì)小缺陷，第二道工序精打磨可以保證激光焊道美觀。

激光焊工藝要求需要兩部分組成，車(chē)身匹配的要求，設(shè)備工藝參數(shù)要求。

車(chē)身側(cè)圍與頂蓋搭接處形成激光焊焊接熔池，要求側(cè)圍與頂蓋的高度差不得大于3.5mm，側(cè)圍與頂蓋之間的間隙不得超過(guò)0.2mm，頂蓋與側(cè)圍下部帖何處間隙要求在0mm，只有保持這樣的車(chē)身匹配 才能保證焊接出完美的激光焊道，新捷達(dá)VS5的白車(chē)身夾具定位精度高，車(chē)身匹配狀態(tài)穩(wěn)定，才擁有現(xiàn)在完美的激光焊道。

設(shè)備工藝要求，焊接過(guò)程中機(jī)器人軌跡保證平順，側(cè)傾角和扭轉(zhuǎn)角保持在零度，拖拽角0到7度可以減少激光發(fā)射防止燒壞鏡頭，焊絲的伸長(zhǎng)保持在8到10mm，可以有利于焊絲接觸車(chē)身的穩(wěn)定性。焊絲送絲過(guò)程中需要平順阻力小，減少送絲管長(zhǎng)度和彎曲半徑，可以增加送絲平順度有效方法。

以新捷達(dá)車(chē)身為例，發(fā)現(xiàn)影響激光焊接質(zhì)量的因素有很多，包括工件匹配，工件表面油污，設(shè)備穩(wěn)定性，激光焊焊絲質(zhì)量，焊接環(huán)境這些都會(huì)影響激光焊焊接質(zhì)量。好的焊縫表面光澤無(wú)波浪，如果其中一項(xiàng)因素不滿足就會(huì)導(dǎo)致焊接質(zhì)量缺陷不合格，新捷達(dá)VS5穩(wěn)定的車(chē)身匹配是保證完美激光焊道的前提。

4激光焊強(qiáng)度檢查

鑿穿試驗(yàn)：利用釬料進(jìn)行零件間的焊接連接，通過(guò)鑿穿試驗(yàn)進(jìn)行（在零件上或者截取零件的部分）。在試驗(yàn)過(guò)程中，待檢測(cè)件的一面要被夾緊，用一個(gè)平鑿在鈑金連接處的空隙錘進(jìn)去。鑿子的厚度必須大于焊縫間隙的寬度（見(jiàn)圖7）。試驗(yàn)中，斷裂可以出現(xiàn)在焊接結(jié)合處、焊縫區(qū)或母材里。合格：斷裂出現(xiàn)在母材中為合格。不合格：斷裂出現(xiàn)在釬料中，并且不滿足后續(xù)拉伸試驗(yàn)的要求，則焊接不合格。斷裂出現(xiàn)在釬料和母材搭接的過(guò)渡區(qū)域，

并且不滿足后續(xù)拉伸試驗(yàn)的要求，則焊接不合格。出現(xiàn)混合性斷裂，并且不滿足后續(xù)拉伸試驗(yàn)的要求則焊接不合格。

展開(kāi)實(shí)驗(yàn)（以實(shí)踐為指導(dǎo)的補(bǔ)充性實(shí)驗(yàn)）展開(kāi)試驗(yàn)可以代替鑿穿試驗(yàn)（圖7）。在展開(kāi)試驗(yàn)中，利用相應(yīng)的工具，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)展開(kāi)一側(cè)鈑金，來(lái)破壞釬焊連接。合格：如果兩個(gè)鋼板中有一個(gè)，上面有可識(shí)別的貫穿性的浸漬，則焊接合格。不合格：如果浸漬小于圖紙要求值的話，則焊接不合格。

鏡像實(shí)驗(yàn)通過(guò)儀器對(duì)切割好的激光焊道樣本進(jìn)行放大測(cè)量焊道各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)包括浸潤(rùn)寬度，基材熔深，焊縫寬度，達(dá)到要求證明焊道強(qiáng)度合格，目前捷達(dá)VS5主要以鏡像實(shí)驗(yàn)方式判斷焊道強(qiáng)度。

5激光焊及質(zhì)量?jī)?yōu)化

激光焊在焊接過(guò)程中也會(huì)現(xiàn)焊接質(zhì)量缺陷包括塌陷、斷焊、假焊、咬邊、沙眼、融化不全等質(zhì)量缺陷，通過(guò)在新捷達(dá)VS5車(chē)身實(shí)驗(yàn)，出現(xiàn)上述缺陷我們需要檢查兩方面原因，1是車(chē)身工件狀態(tài)，使用合格塞尺測(cè)量車(chē)身側(cè)圍與頂蓋之間的間隙是否出現(xiàn)波動(dòng)，標(biāo)準(zhǔn)值保證在0.2mm以下，測(cè)量頂蓋與壓料板之間的間隙保證在0.1mm以下，使用高度差測(cè)量?jī)x檢測(cè)側(cè)圍與頂蓋之間的間隙保證在3.5mm以下，并檢查工件表面是否潔凈。2是設(shè)備狀態(tài)穩(wěn)定性，通過(guò)監(jiān)測(cè)BINZEL送絲設(shè)備的送絲電流和實(shí)際送絲速度曲線看送絲是否平順，通過(guò)激光功率測(cè)量?jī)x檢測(cè)激光功率是否有損耗，檢查激光焊接各個(gè)參數(shù)包括激光功率、送絲速度、機(jī)器人速度。以上條件不滿足都會(huì)激光焊的質(zhì)量缺陷，新捷達(dá)VS5有完整質(zhì)量檢查體系和質(zhì)量返修體系，以保證新捷達(dá)VS5的高品質(zhì)質(zhì)量。

6 結(jié)論

⑴在激光焊焊接時(shí)需要保證激光焊焊接的板材的匹配和零件干凈無(wú)油污，設(shè)備的穩(wěn)定才能保證焊接出完美的焊道。

⑵激光焊道需要按照文中闡述方法進(jìn)行質(zhì)量檢查以保證焊道接觸的拉伸強(qiáng)度。

⑶激光焊道出現(xiàn)質(zhì)量缺陷時(shí)按照文中方法和標(biāo)準(zhǔn)可以快速找到影響因素，有效的解決質(zhì)量問(wèn)題。

激光焊接工藝與點(diǎn)焊相比相當(dāng)于衣服的拉鏈與紐扣，激光焊接工藝使車(chē)身頂蓋與側(cè)圍減少了膠條，更簡(jiǎn)潔更美觀，也增加車(chē)身強(qiáng)度，這也使激光復(fù)合焊需要更高要求車(chē)身匹配，焊接環(huán)境，更高參數(shù)匹配，目前新捷達(dá)的激光焊接速度以達(dá)到85mm/s，這也是在世界同級(jí)別車(chē)型中最快的激光焊接速度，體現(xiàn)新捷達(dá)高質(zhì)的白車(chē)身。

參考文獻(xiàn)

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