淺談白車身激光釬焊工藝相關(guān)故障與對策控制要素

李成整　李新　唐國勇　秦振中

摘 要：激光釬焊作為一種成熟的焊接連接技術(shù)，該工藝現(xiàn)多應(yīng)用于白車身頂蓋與側(cè)圍連接。對于汽車車頂激光釬焊工藝，焊接設(shè)備、焊接參數(shù)、零件匹配尺寸質(zhì)量、零件外觀質(zhì)量等因素的細微變化都焊接質(zhì)量產(chǎn)生影響。故在整個工藝質(zhì)量控制上，對該些影響因素的研究以及細化管理顯得尤為重要。文章針對某汽車品牌的車身頂蓋與側(cè)圍連接的激光釬焊工藝，結(jié)合產(chǎn)生問題點進行逆向分析、改善焊接質(zhì)量，同時深入研究，形成正向的專項且細化的管理控制手段，保證激光釬焊質(zhì)量得以有效的管控。通過該過程的推進開展，從中形成激光釬焊質(zhì)量故障類型與對策數(shù)據(jù)庫，進而輸出對激光釬焊質(zhì)量管控的總結(jié)。

關(guān)鍵詞：激光釬焊工藝 焊接設(shè)備 焊接參數(shù) 零件匹配尺寸質(zhì)量 零件外觀質(zhì)量 激光釬焊質(zhì)量

Application of Spot Welding in Doors After Welding

Li Chengzheng Li Xin Tang Guoyong Qin Zhenzhong

Abstract： Laser brazing is a mature welding connection technology， and? the process is now mostly used in the white body top cover and side circumference connection. For automotive roof laser brazing process， welding equipment， welding parameters， part matching size quality， part appearance quality and other factors of small changes have an impact on welding quality. Therefore， in the whole process quality control， the study of these factors and the refinement of management is particularly important. This paper aims at the laser brazing process of a car brand's body top cover and side-circumference connection， combined with the problem point to carry out reverse analysis and improve welding quality. And at the same time， through in-depth study， a positive special and detailed management and control means is formed to ensure that the laser brazing quality can be effectively controlled. Through the promotion of this process， the type of laser brazing quality fault and countermeasure database are formed， and then the summary of laser brazing quality control is output.

Key words：laser brazing process， welding equipment， welding parameters， part matching size quality， part appearance quality， laser brazing quality

1 引言

汽車頂蓋與側(cè)圍均是整車白車身外觀覆蓋件，而時下大部分汽車的側(cè)圍與頂蓋均采用激光釬焊工藝進行焊接連接。激光釬焊原理是采用激光光束作為熱源，通過發(fā)射器產(chǎn)生的激光在傳遞的管道中聚焦后，形成集中的光束照射在焊接焊絲表面，焊絲在激光光束供給能量的持續(xù)加熱下，熔化并形成高溫液態(tài)金屬，浸潤到被焊零件連接處（焊縫），結(jié)合適當(dāng)?shù)耐獠織l件，液態(tài)金屬與被連接工件之間形成良好的冶金結(jié)合，完成焊接作業(yè)與零件的連接。

作為高質(zhì)量、高精度要求的激光釬焊工藝，對車體頂蓋與側(cè)圍的匹配間隙、焊接設(shè)備的穩(wěn)定性、參數(shù)的合理性、車體外觀質(zhì)量等均需較高的要求。在生產(chǎn)過程中，由于該類因素的影響，常發(fā)激光釬焊焊縫質(zhì)量不良：縮孔、針眼、堆疊、斷焊、塌陷等，造成產(chǎn)品質(zhì)量缺陷，影響整車質(zhì)量性能。

為完善優(yōu)化激光釬焊質(zhì)量，本次通過開展國內(nèi)自主品牌某款汽車頂蓋與側(cè)圍的搭接激光釬焊質(zhì)量提升課題與工作，進行故障整改理論的實踐驗證并細化各項管控因素的控制需求。本文以主要的故障問題點和整改措施的制定、執(zhí)行為路線，對激光釬焊的焊接質(zhì)量管控進行總結(jié)，為后續(xù)工藝提升、新品開發(fā)提供防再發(fā)依據(jù)及材料。

2 故障類型1：工裝影響間隙類

以左側(cè)D柱上部焊縫塌陷、斷焊故障為主線，焊縫匹配間隙在0.09mm～0.9mm（標準要求≤0.3mm），為故障主要原因。通過要素調(diào)查，間隙超差為波動值，即尺寸保證效果不穩(wěn)定。在對該尺寸形成的工藝線路進行分析后，梳理出沖分件總成至車體拼合夾具等系列的關(guān)鍵因素，并逐一進行檢查排查，析取出關(guān)鍵要求在于：側(cè)圍總成夾具上的后部內(nèi)板定位機構(gòu)POST松動，定位失效（圖1）。

對要因進行處理恢復(fù)工裝穩(wěn)定性后，故障消失。為此建立了防再發(fā)的管控因素輸出，涉及焊縫尺寸管控的側(cè)圍線體外板總成/內(nèi)外板總成夾具、主線線體總拼夾具，對相應(yīng)影響焊縫的POST、定位等機構(gòu)，按周進行專項點檢，進行穩(wěn)定性監(jiān)控。故，焊接工裝穩(wěn)定性為重點控制要素。

3 故障類型2：零件影響間隙類

以左側(cè)B柱上部焊縫塌陷、斷焊故障為主線，焊縫匹配間隙在0.30mm～0.4mm（標準要求≤0.3mm），為故障主要原因。調(diào)查顯示，間隙偏差值為穩(wěn)定偏差，同步對相應(yīng)的尺寸形成工藝線路分析，對各項因素進行深入調(diào)研梳理出關(guān)鍵要因：左側(cè)圍B柱上部沖壓件尺寸偏差。外板型面沖擊印，形成的局部沖擊印凹槽，兩側(cè)凸起中間凹陷，尺寸不平順，前后平行偏差達到0.3mm～0.5mm，致使在拼合整車后，該處位置焊縫間隙變大，焊接后產(chǎn)生斷焊塌陷故障（如圖2）。

處理整改故障要素，恢復(fù)質(zhì)量效果。專項針對因素進行建立了沖壓件側(cè)圍外板、頂蓋外板在焊縫區(qū)域匹配型面的尺寸偏差平行度的要求，即在300mm長度范圍內(nèi)，型面尺寸的共面度偏差，必須小于或等于0.3mm，從而控制沖壓件型面的平順性。所以，沖壓件激光焊縫型面的平順性為重點控制要素。[1]

4 故障類型3：油污、粉塵影響外觀類

以兩側(cè)不固定位置的局部、整條焊接焊縫匹配面存在油污、粉塵等外觀質(zhì)量問題為主線，在激光焊接時，由于光源觸碰該類物質(zhì)而產(chǎn)生光炸開、熱熔散等因素，造成焊接焊縫產(chǎn)生縮孔/針眼/斷焊等故障。以激光焊接工位位置為準，向后延伸梳理車身生產(chǎn)的工藝路線，主要存在影響因素為：沖壓零件自帶、分總成（側(cè)圍總成、頂蓋總成）焊接后產(chǎn)生、拼合總成（白車身總成）焊接后產(chǎn)生等（如圖3）。

通過在頂蓋總成上件人工工位、側(cè)圍總成預(yù)拼拼合人工工位建立外觀質(zhì)量清潔處理崗位，操作員工過線流水生產(chǎn)時，對每臺車進行擦拭清潔激光焊縫位置型面，消除前工序帶來的外觀質(zhì)量影響。在機關(guān)焊接工位至側(cè)圍總成、頂蓋上件工位之間的流水工位也存在空氣落灰、機器設(shè)備操作攜帶的落灰、雜質(zhì)沾附在焊接型面上，同步在激光焊接工位前增加自動吹氣清潔焊縫的工作，進一步消除外觀不良的產(chǎn)生。激光焊縫零件外觀的清潔情況為重點控制要素。

5 故障類型4：膠污雜質(zhì)影響外觀類

以左/右側(cè)C柱上部位置的全景天窗車型為主線，受到全景天窗固有的結(jié)構(gòu)膠在其他工位焊接時沾附到焊縫表面的影響，在激光焊接時，光源觸碰炸開，形成焊縫穿孔、針眼、燒黑等故障。根據(jù)實際故障，進行工藝路線調(diào)查，識別出產(chǎn)生膠污的具體工位，主要存在與兩個位置的影響附著：1、在總拼工位之后頂蓋拼接工位之前的補焊工位上，自動化焊鉗焊接焊接粘槍附著，攜帶流掛到焊縫外觀面上;2、總拼工位定位夾持壓至并附著，攜帶流掛到焊縫外觀面。此兩個原因均同步反映出，焊點、工裝等工藝設(shè)計不符合質(zhì)量產(chǎn)品的保障要求，同步反應(yīng)出，客戶的意識以及相應(yīng)激光焊控制嚴密的特點。

在針對故障原因進行：1、優(yōu)化焊接焊點工藝，將此次焊點的焊接工藝位置移動至人工涂膠之前，防止涂完膠體結(jié)構(gòu)膠之后焊鉗焊接焊點所致;2、消除總拼工位零件夾持塊與零件的干涉，規(guī)避流掛。形成管理、技術(shù)要求，在后續(xù)、后期開發(fā)的車型上，規(guī)避設(shè)計不合理等問題。故，匯總后可知，激光焊縫零件外觀的清潔情況為重點控制要素。[2]

6 故障類型5：焊絲影響故障類

以焊絲在盤內(nèi)打卷、錯位、拉結(jié)等因素為主線，致使焊絲卡滯、拉扯不出絲，產(chǎn)生激光焊長距離、大范圍斷焊（未焊接）的故障。該類型故障主因確認在于焊絲材料上，焊絲桶內(nèi)綁扎、綁接，要求順暢無打折。在主機廠內(nèi)的焊絲絲桶已無法開展識別檢查，故對焊絲的控制要求在于供應(yīng)商內(nèi)生產(chǎn)工藝、質(zhì)檢的合理規(guī)劃和執(zhí)行，并推進月底控制檢查報告。故，激光焊焊絲的質(zhì)量控制為重點控制要素。

7 故障類型6：焊接速度異常故障類

以焊接速度監(jiān)控異常為主線，產(chǎn)生的速度異常，出絲不均，光源熱影響后，產(chǎn)生焊接熔料不均勻，焊縫粘接不順暢，扯絲故障并造成設(shè)備自動保護報警，停止作業(yè)，產(chǎn)生斷焊、不焊接故障。主要以設(shè)備硬件進行檢查，對送絲管開管檢查，對送絲運行狀態(tài)進行檢查。鎖定為送絲管內(nèi)石墨塊與焊絲摩擦，長時間積灰跡堵管的要因，致使送絲異常而產(chǎn)生故障。

針對送絲管的異常因素，進行修復(fù)，消除灰跡后故障得以消除。同步，為防止后續(xù)的再發(fā)，在控制的要素要求上，列出了定期檢查清理管潔凈的要求，并作監(jiān)控項進行管理，激光焊送絲管的潔凈要求控制為重點控制要素。[3]

8 故障類型7：光斑偏移異常故障類

以光斑監(jiān)測為主線，光絲對中度偏差量0.6mm的范圍要求，進行檢查監(jiān)控。焊絲與光源中心偏移量超出范圍后，將產(chǎn)生光源熱熔量不足，焊絲受熱不均勻，單側(cè)熔料不足以填充完滿焊縫，產(chǎn)生局部、全部焊縫位置不固定的咬邊、焊偏、斷焊等故障。所需對策，進行恢復(fù)對中度，即可優(yōu)化并消除故障。針對性的定期檢查光源對中的事項，主要是紅光對中檢查和光斑對中檢查。光斑對中檢查受操作方式的影響，不能做到每日點檢，但作為紅光檢查后的補充確認檢查。紅光檢查為每日確認檢查，但對于檢查的事項中，紅光與光絲對中要求在于0.6mm，無法進行讀數(shù)確認，故常產(chǎn)生未能識別而致使故障產(chǎn)生。針對于此，制定的統(tǒng)一對中要求，在鋼尺3mm鋼尺范圍內(nèi)，進行判斷，單側(cè)邊光照于3mm以內(nèi)后即判斷偏移進行恢復(fù)調(diào)整。激光焊光絲對中度的控制為重點控制要素。

9 故障類型8：SA偏擺異常故障類

以激光頭SA方向偏擺的方向及要求為主線，進行監(jiān)控檢查焊接質(zhì)量。當(dāng)偏擺出現(xiàn)異常時，焊縫故障的表現(xiàn)主要為焊偏，且整條或較長距離的焊偏故障。常態(tài)下的偏擺設(shè)定的作用主要是作為焊縫左、右側(cè)偏差的情況下，進行反向回擺糾正的輔助。頂蓋與側(cè)圍相比，頂蓋低于側(cè)圍，在產(chǎn)品設(shè)計及構(gòu)造上，已經(jīng)決定激光頭的偏擺需求的設(shè)定必須朝側(cè)圍一側(cè)實施。當(dāng)焊縫位置相對軌跡偏移時，通過設(shè)備自身的偏擺力進行矯正，并完成焊接作業(yè)。激光焊偏擺力方向的控制為重點控制要素。[4]

10 故障類型9：支架尺寸故障類

以行李架支架對頂蓋強擠頂起變化為主線，造成焊縫間隙變大，致使激光焊斷焊故障產(chǎn)生。以制造工藝路線為調(diào)查要素，經(jīng)側(cè)圍、總拼線的定位檢查，以及分總成自攜帶的尺寸偏差情況，總體對比分析，結(jié)出分總成后內(nèi)板總成上的行李架尺寸偏差，將頂蓋朝+Z方向頂起，為主要影響要素。對故障原因進行整改后，及時消除故障。同時，針對這一影響表象及要素，由分總成至白車體拼合的過程所涉及的工裝、尺寸，均提出要求進行監(jiān)控管理，并做正常管理要項實施監(jiān)控。以分件總成尺寸為首的工藝定位尺寸為重點控制要素。

11 故障類型10：焊接/送絲速度、功率、軟管、鏡片、送絲嘴等設(shè)備故障類

以設(shè)備軟件及硬件因素管控為主線，生產(chǎn)過程中，比如會出現(xiàn)焊接/送絲速度、功率等軟件和軟管/鏡片/送絲嘴等硬件的變化情況，該類型涉及對激光焊接質(zhì)量影響的因素可能會單一變化，也可能綜合多樣同時變化。變化影響的質(zhì)量狀態(tài)，有斷焊、塌陷、焊偏、針孔等。故，為防止該類問題的產(chǎn)生，必須對此類因素進行日常監(jiān)控管控，必備每日檢查記錄。同時在固定的使用范圍內(nèi)，進行必須更換，用以保證焊接效果的持續(xù)穩(wěn)定性。焊接/送絲速度、功率、軟管、鏡片、送絲嘴為重點控制要素。[5]

12 管控匯總

鑒于對已發(fā)和常發(fā)的各類影響因素，在日常生產(chǎn)中，應(yīng)制定相應(yīng)的管控控制要求，以達到控制產(chǎn)品質(zhì)量持續(xù)達成需求。根據(jù)影響情況，主要的管控措施應(yīng)為：1、涉及影響的零件尺寸控制，頂蓋、側(cè)圍沖壓件焊接型面，側(cè)圍加強板總成、側(cè)圍前/后內(nèi)板總成的分總成，應(yīng)進行所涉及影響的尺寸的工藝線路分析，制定以控制為首的各類制造工藝監(jiān)控需要、及以結(jié)果尺寸反饋為主的零件尺寸日常測量監(jiān)控，來達到穩(wěn)定管控質(zhì)量要求的效果;2、涉及影響白車焊縫間隙大小的過程工藝工裝，必須對其制造的合格性、穩(wěn)定性進行控制并作日常管控需求，如夾具的日常點檢、專項周點檢、定期對工裝夾具進行精度三坐標測量維護監(jiān)控;3、涉及影響零件的外觀質(zhì)量要求項，必須對其執(zhí)行過程進行監(jiān)控檢查，通過出庫檢查、上件檢查、過程質(zhì)量檢查等方式開展，應(yīng)記錄執(zhí)行情況及檢查信息，并建立由其他部門的抽檢監(jiān)控制度;4、涉及激光焊專用的點定抓手、琴鍵夾具工裝，應(yīng)設(shè)定檢查標準并執(zhí)行檢查后記錄信息;5、涉及激光焊接的設(shè)備硬件，如導(dǎo)絲嘴、軟管、鏡片等，根據(jù)易損及影響程度，必須建立日常點檢或是定期檢查的機制及要求，并對檢查結(jié)果進行記錄，監(jiān)控穩(wěn)定性;6、涉及激光焊接所需的設(shè)備軟件，如焊接速度、送絲速度、功率、偏擺力等，根據(jù)影響程度，必須建立日常點檢或是定期檢查的機制及要求，并對檢查結(jié)果進行記錄，監(jiān)控穩(wěn)定性。7、涉及重大影響激光焊接的程序，如光斑對中度、偏擺力、軌跡等，必須進行定期檢查，并做重點管控監(jiān)控要求，記錄檢查結(jié)果并前后對比監(jiān)控。[6]

13 結(jié)束語

在實際生產(chǎn)上，激光釬焊工藝即擁有比傳統(tǒng)點焊、MIG/MAG 焊等更好的焊縫強度和焊縫外觀，也比傳統(tǒng)工藝更容易實現(xiàn)焊接高效率，更容易實現(xiàn)自動化、柔性化。汽車頂蓋與側(cè)圍搭接拼合的焊接方式，汽車主流市場已普遍采用激光釬焊工藝，且未來的汽車的發(fā)展趨勢將會全面普及，工藝、質(zhì)量上將會越來越優(yōu)化完善。本文主要從激光釬焊所遇到的相關(guān)缺陷類型和解決的措施需求入手，結(jié)合相關(guān)方面的綜合處理手段，進而解決各類質(zhì)量故障。同時，提出了保證焊縫質(zhì)量的長效管控方法。為后續(xù)的全新車型調(diào)試優(yōu)化、以及投產(chǎn)，增加了工藝調(diào)試和質(zhì)量優(yōu)化的相關(guān)方案的依據(jù)，較大縮短開發(fā)以及調(diào)試周期。

參考文獻：

[1]李小飛，郭志勇.汽車頂蓋激光焊應(yīng)用分析. 焊接技術(shù)，2020.

[2]屈賢良. 論試制汽車車頂激光釬焊的質(zhì)量提升方法.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2019.

[3]王曉兵，岳智，鄧大偉，李學(xué)梅. 頂蓋激光釬焊主要缺陷及關(guān)鍵影響因素的研究. 制造與工藝，2018.

[4]姜楚山，姬大鵬，劉金龍，金鵬，張歡喜，張江濤，王愚名. 車身激光焊接工藝規(guī)劃及過程缺陷對策. 汽車工藝師，2019.

[5]余魁，朱亮，陸磊，柳玉起. 白車身頂蓋激光釬焊焊縫裝配尺寸控制方法研究. 精密成形工程，2019.

[6]張榮新，湯旭東，金愛龍，金亞娟. 車頂激光釬焊隨行雙邊壓輪設(shè)計與實現(xiàn). 機械設(shè)計與制造工程，2020.