激光釬焊在頂蓋焊接中的應(yīng)用

高爽,王銳,朱建磊,李延海

(吉利汽車集團(tuán)有限公司,浙江寧波 313000)

0 引言

激光釬焊是以激光為熱源，以釬料為填充材料的焊接形式[1]。激光釬焊填充釬料主要有兩種形式，分別是預(yù)置方式及送絲方式[2]。汽車行業(yè)中大部分采用的是送絲方式。激光釬焊接頭通常采用卷邊對(duì)接、角接、邊線對(duì)接等方式[3]。相對(duì)于其他位置，激光釬焊焊接頂蓋時(shí)，對(duì)產(chǎn)品及工藝的需求更多，也更容易出現(xiàn)問題。為此，本文作者闡述了激光釬焊在頂蓋焊接中的應(yīng)用。

1 激光釬焊的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：更加靈活的造型、較高的連接速度、PQ質(zhì)量好、變形量小。

缺點(diǎn)：設(shè)備投入高、對(duì)產(chǎn)品有很高的要求、返修率高、工藝復(fù)雜。

普通點(diǎn)焊如圖1所示，激光釬焊如圖2所示。

圖1 普通點(diǎn)焊

圖2 激光釬焊

2 激光釬焊的焊接流程

激光釬焊的焊接流程如圖3所示。

圖3 焊接流程

3 對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的需求

3.1 斷面尺寸需求

為保證焊接過程中頂蓋與側(cè)圍搭接間隙、焊接過程中釬焊絲的通過性、焊接氣體的排放、焊接后焊縫隙質(zhì)量等，通過實(shí)踐及計(jì)算對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)形式有較詳細(xì)的要求。目前各大主機(jī)廠主要采用的斷面形式如圖4所示。

圖4 斷面形式

斷面設(shè)計(jì)要求見表1。

表1 斷面設(shè)計(jì)要求

3.2 收弧空間

激光釬焊收弧時(shí)為避免燒傷產(chǎn)品需要預(yù)留一定的避讓空間。圖5是某天窗車型前頂蓋激光釬焊收弧處側(cè)圍的避讓特征。

圖5 避讓特征

3.3 向下包邊焊接尺寸要求

向下包邊焊接尺寸要求：

(1)向下翻邊角度α與水平夾角需小于90°。

(2)頂蓋向下翻邊與側(cè)圍貼合長(zhǎng)度L需要大于2 mm。

圖6為向下包邊焊接尺寸示意圖。

圖6 向下包邊焊接尺寸示意

3.4 避讓尺寸需求

為保證頂蓋兩側(cè)釬焊位置能夠與側(cè)圍貼合，頂蓋與前后橫梁搭接處設(shè)定X、Z向避讓間隙，產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)可以直接設(shè)定也可以通過移動(dòng)公差實(shí)現(xiàn)，如圖7所示。

圖7 轎車避讓尺寸

SUV車型前端與轎車一致，后端預(yù)留如圖8所示。

圖8 SUV預(yù)留尺寸

4 工藝的需求

4.1 零件質(zhì)量

激光釬焊對(duì)零件焊接間隙尺寸有很高的要求，一般為0～0.3 mm[4]，而側(cè)圍與頂蓋配合面的配合長(zhǎng)度達(dá)到1 700 mm以上，對(duì)沖壓件提出較高的尺寸需求，零件匹配處調(diào)整模具會(huì)很頻繁，影響模具強(qiáng)度，模具設(shè)計(jì)時(shí)需考慮。為提高零件精度需增加相應(yīng)工序，最好是由5序增加到6序，以保證零件尺寸。檢具開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)注意檢測(cè)頂蓋的位置點(diǎn)為紅色圓點(diǎn)處，檢具模塊需與側(cè)圍平行且保證檢測(cè)可達(dá)性。測(cè)量文件編制時(shí)每50 mm設(shè)定一個(gè)測(cè)點(diǎn)，需注意測(cè)量支架高度，保證藍(lán)光/三坐標(biāo)測(cè)量可達(dá)性。

頂蓋尺寸要求如圖9所示。

圖9 頂蓋尺寸

側(cè)圍零件尺寸需求如圖10所示。

圖10 側(cè)圍零件尺寸

4.2 工裝定位需求

頂蓋較軟，存在自重變形、磕碰變形、運(yùn)輸變形、焊接變形等因數(shù)，造成頂蓋尺寸波動(dòng)較大；在焊接頂蓋時(shí)車體經(jīng)過多道焊接順序，存在焊接影響、公差累計(jì)、零件尺寸波動(dòng)等諸多不可控因數(shù)，造成車體尺寸不穩(wěn)定。在盡量減少上序尺寸波動(dòng)的前提下在頂蓋激光釬焊工位及頂蓋上件工位增加特殊工裝，以保證焊接間隙0～0.3 mm。釬焊工位工裝相對(duì)上件工位工裝取消定位功能，保留Z向壓緊功能。如圖11所示。

圖11 工裝示意

下面按生產(chǎn)順序?qū)附舆^程使用的工裝進(jìn)行介紹。第一步工裝抓手過來(lái)抓取頂蓋。通過定位銷或者翻邊擋塊將頂蓋X、Y向固定，吸盤吸氣，Z向固定。抓手抓取頂蓋完成，如圖12所示。

圖12 工裝抓手操作流程

第二步抓手運(yùn)動(dòng)到車身上方位后，X、Y向定位塊放開，抓手按軌跡向下運(yùn)動(dòng)到位。固定板上壓塊1下壓將活動(dòng)塊向前推動(dòng)使活動(dòng)塊上X向限位與車身后流水槽處貼合保證頂蓋X向位置工裝定位到車身上，如圖13所示。也可以采用其他方案來(lái)定位頂蓋的X向，例如視覺引導(dǎo)。

圖13 X向限位及局部放大圖

同時(shí)頂蓋兩側(cè)與側(cè)圍接觸，通過接觸型面調(diào)整頂蓋Y向位置。如圖14所示，活動(dòng)機(jī)構(gòu)可X、Y向移動(dòng)同時(shí)可繞Z軸旋轉(zhuǎn)一定角度(一般3°左右)。彈簧對(duì)活動(dòng)灰塊施加向下的壓力，保證活動(dòng)塊帶動(dòng)橡膠壓塊壓緊頂蓋。壓緊機(jī)構(gòu)壓緊可以保證頂蓋與側(cè)圍貼合進(jìn)而保證焊接縫隙在0～0.3 mm之間。建議在頂蓋兩側(cè)每100～150 mm設(shè)定一個(gè)半徑20 mm的橡膠壓塊(具體位置與大小可由夾具廠家設(shè)計(jì))，且距離頂蓋前后邊5～10 mm處開始設(shè)定壓塊。其他壓塊壓緊開始焊接。

圖14 Z向限位及局部放大圖

第三步對(duì)頂蓋進(jìn)行點(diǎn)焊定位，需要在車身后部Z向焊接兩點(diǎn)以上，如可實(shí)現(xiàn)X向焊接需焊接兩點(diǎn)以上,如圖15所示；在車身前部焊接3個(gè)焊點(diǎn)，分別在Y0、距兩端150 mm的位置，如圖16所示。

圖15 后部示意

圖16 前部示意

第四步帶頂蓋車身進(jìn)入到激光房中，上述形式工裝(去除XY向定位)向下壓緊，工裝壓緊后，因其特殊的斷面，頂蓋Y向會(huì)與側(cè)圍有較好的貼合，機(jī)器人開始釬焊焊接，焊接完成。

4.3 增設(shè)返修檢查工位

因激光釬焊對(duì)零件質(zhì)量、設(shè)備穩(wěn)定、工作環(huán)境等有很高的要求，一旦不滿足將會(huì)出現(xiàn)斷焊、燒穿、氣泡等焊接缺陷。所以需增設(shè)檢查返修工位,并規(guī)定相關(guān)技術(shù)人員對(duì)零件質(zhì)量、設(shè)備、工作環(huán)境等進(jìn)行定期檢測(cè)。圖17列舉了一些缺陷圖片。

圖17 缺陷圖

5 結(jié)束語(yǔ)

文中根據(jù)相關(guān)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)總結(jié)編寫，期待各位同行在后續(xù)激光釬焊生產(chǎn)應(yīng)用中進(jìn)一步完善，促進(jìn)激光釬焊技術(shù)在汽車行業(yè)中的應(yīng)用。隨著機(jī)加技術(shù)、焊接技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，激光釬焊的應(yīng)用限制會(huì)越來(lái)越少，配套生產(chǎn)工藝會(huì)越來(lái)越簡(jiǎn)單，生產(chǎn)投入會(huì)越來(lái)越少，促進(jìn)激光釬焊廣泛應(yīng)用在汽車制造過程中。