汽車頂蓋與側(cè)圍激光釬焊焊縫的檢測

周平

（東風(fēng)柳州汽車有限公司，柳州 545005）

0 引言

頂蓋與側(cè)圍激光釬焊外觀質(zhì)量良好，焊縫均勻、平整光滑[1]，所以頂蓋與側(cè)圍激光釬焊被眾多車型采用。但頂蓋激光釬焊對(duì)沖壓單件精度要求高，而準(zhǔn)確檢測頂蓋與側(cè)圍外板激光釬焊關(guān)鍵控制點(diǎn)的精度，則是沖壓單件尺寸精度控制的前提，也是激光釬焊生產(chǎn)線調(diào)試的依據(jù)。

1 頂蓋外板與側(cè)圍外板激光釬焊關(guān)鍵控制點(diǎn)的識(shí)別

頂蓋外板與側(cè)圍外板激光釬焊鈑金貼合為線接觸。側(cè)圍拼裝完成后，頂蓋落在2 個(gè)側(cè)圍之間，接觸點(diǎn)決定了側(cè)圍和頂蓋2 個(gè)零件的相對(duì)位置關(guān)系（圖1）。此接觸點(diǎn)周圍的面均為光順的弧面，尤其是頂蓋外板接觸點(diǎn)處的面，為一個(gè)半徑約為2.0 mm 的圓弧面，接觸點(diǎn)在零件實(shí)物上較難識(shí)別。

圖1 頂蓋與側(cè)圍斷面結(jié)構(gòu)

找到鈑金接觸點(diǎn)，測量此接觸點(diǎn)的精度，可以反映出頂蓋和側(cè)圍鈑金貼合點(diǎn)尺寸精度。而激光釬焊填充在鈑金接觸點(diǎn)上方的鈑金縫隙內(nèi)，如果鈑金貼合點(diǎn)精度良好，則可一定程度保證激光釬焊縫隙大小均勻。故可以將側(cè)圍與頂蓋鈑金貼合點(diǎn)作為激光釬焊關(guān)鍵控制點(diǎn)來檢測。

2 頂蓋外板與側(cè)圍外板激光釬焊關(guān)鍵控制點(diǎn)尺寸精度要求

頂蓋外板與側(cè)圍外板裝配為自適應(yīng)匹配[2]，對(duì)激光釬焊填充面的輪廓度要求較高。頂蓋外板激光釬焊填充面位置度要求為±0.4 mm，側(cè)圍外板激光釬焊填充面位置度要求為±0.5 mm。頂蓋與側(cè)圍整條焊接貼合整段面輪廓度要求為0.6 mm，每150.0 mm 輪廓度要求0.3 mm。頂蓋與側(cè)圍激光釬焊填充面對(duì)整段面的光順度要求高于一般的沖壓件，整段面不允許有較大的起伏和突變[3]。某車型頂蓋外板與側(cè)圍外板激光釬焊填充面精度要求如圖2和圖3。

圖2 頂蓋外板激光釬焊填充面尺寸公差要求

圖3 側(cè)圍外板激光釬焊填充面尺寸公差要求

3 頂蓋與側(cè)圍激光釬焊填充面關(guān)鍵控制點(diǎn)檢測基準(zhǔn)設(shè)計(jì)

3.1 頂蓋外板激光釬焊填充面關(guān)鍵控制點(diǎn)檢測基準(zhǔn)設(shè)計(jì)

頂蓋外板激光釬焊填充面位于頂蓋外板兩側(cè)圓弧面上。檢測頂蓋外板激光釬焊填充面的精度有3 種選擇。

（1）按照車身坐標(biāo)方向Y 向面的隨型偏置面作為檢測基準(zhǔn)，用此檢測面可檢測出頂蓋外板Y 向最大輪廓（圖4）。此時(shí)檢測點(diǎn)在鈑金貼合點(diǎn)上方，接近激光釬焊填充面。

圖4 以車身坐標(biāo)Y 向面偏置面作為檢測基準(zhǔn)

（2）以頂蓋型面偏置3.0 mm 面作為檢測基準(zhǔn)[4]，則實(shí)際檢測點(diǎn)在鈑金貼合點(diǎn)的下方（圖5）。此時(shí)檢測基準(zhǔn)來源于頂蓋型面，設(shè)計(jì)上最容易實(shí)現(xiàn)。

圖5 以頂蓋型面3 mm 偏置面作為檢測基準(zhǔn)

（3）用鈑金貼合點(diǎn)處側(cè)圍型面的3.0 mm 偏置面作為檢測基準(zhǔn)，此時(shí)檢測點(diǎn)為頂蓋外板與側(cè)圍外板鈑金貼合點(diǎn)。

以上3 種方案中，第1 種的檢測位置雖靠近激光釬焊填充面，但不檢測鈑金貼合點(diǎn)，就不能確定零件的側(cè)圍和頂蓋的相對(duì)位置關(guān)系，故不能選擇此方案。第2 種的檢測基準(zhǔn)面雖然設(shè)計(jì)上較容易實(shí)現(xiàn)，但其檢測點(diǎn)離激光焊接貼合面較遠(yuǎn)，且不是鈑金貼合點(diǎn)，通常不推薦此方案。第3 種可準(zhǔn)確檢測鈑金貼合點(diǎn)，故選擇此方案。

用翻轉(zhuǎn)塊作為頂蓋激光釬焊焊縫的檢測塊，用側(cè)圍外板型面法向3.0 mm 偏置面作為鈑金貼合點(diǎn)檢測基準(zhǔn)。為了兼顧檢測頂蓋外板外觀面，檢測塊上平面需要做成與頂蓋外觀面的相切面，這樣用百分表可以檢測頂蓋外板外觀面（圖6）。由于頂蓋激光釬焊面為連續(xù)填充面，故相應(yīng)檢測塊也要做成連續(xù)的。

圖6 以側(cè)圍外板偏置面為檢測基準(zhǔn)面檢測頂蓋激光焊接控制點(diǎn)

為了兼顧制作和操作方便，檢測塊長度可設(shè)計(jì)在每塊300.0 mm左右，檢測塊之間的間隙在5.0 mm 內(nèi)（圖7）。檢測塊要覆蓋整條激光釬焊焊縫，激光釬焊起始和結(jié)束位置圓角尤其不能遺漏，防止零件圓角位置面畸變?cè)斐杉す忖F焊不良。頂蓋Y 向基準(zhǔn)位于激光焊縫處，為了保證基準(zhǔn)剛度，Y 向基準(zhǔn)會(huì)做得比較寬，故Y向基準(zhǔn)除基準(zhǔn)點(diǎn)處留5.0 mm 寬作為基準(zhǔn)面外，其余面也要加工成檢測塊來檢測激光焊縫。

圖7 頂蓋激光釬焊焊縫檢測塊3D 結(jié)構(gòu)

3.2 側(cè)圍外板激光釬焊填充面關(guān)鍵控制點(diǎn)的檢測基準(zhǔn)設(shè)計(jì)

側(cè)圍外板檢測基準(zhǔn)的設(shè)計(jì)則需要與頂蓋外板檢測基準(zhǔn)做對(duì)應(yīng)，兩者檢測點(diǎn)需要互相關(guān)聯(lián)。因頂蓋外板選取與側(cè)圍外板鈑金貼合點(diǎn)作為檢測點(diǎn)，故提取頂蓋外板與側(cè)圍外板鈑金貼合點(diǎn)交線作為檢測線。選定檢測線后延激光釬焊側(cè)圍填充面法向偏置3.0 mm 即為檢測基準(zhǔn)線。同步補(bǔ)充出檢測基準(zhǔn)面即可得到檢測基準(zhǔn)，可選擇側(cè)圍型面偏置面作為檢測基準(zhǔn)面（圖8）。

圖8 側(cè)圍外板激光釬焊鈑金貼合點(diǎn)檢測基準(zhǔn)

同樣需用翻轉(zhuǎn)塊作為激光焊縫檢測塊，為了兼顧側(cè)圍外觀面檢測，檢測塊上表面需做成與側(cè)圍型面相切的面。與頂蓋相同，側(cè)圍激光焊縫檢測塊也需要做連續(xù)的，單個(gè)檢測塊長度300.0 mm 左右，檢測塊之間間隙在5.0 mm 以內(nèi)（圖9）。激光釬焊起始、結(jié)束的圓角，側(cè)圍B 柱、C 柱等容易發(fā)生面畸變[5]的位置尤其需要檢測控制。激光焊縫附近的基準(zhǔn)面夾鉗不能打斷激光焊縫的檢測塊，可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)缺口避讓夾鉗或把夾持放在檢測塊下方。

圖9 側(cè)圍外板激光焊縫檢測塊3D 結(jié)構(gòu)

4 檢測工具選擇

因頂蓋外板激光焊接檢測點(diǎn)位于頂蓋外板圓弧面上，以側(cè)圍外板偏置面為檢測基準(zhǔn)面，用間隙尺檢測將難以準(zhǔn)確找到檢測點(diǎn)。因?yàn)殚g隙尺擺放角度不同，讀數(shù)視角不同，所檢測的結(jié)果也不同。間隙尺本身就存在讀數(shù)誤差，再加上擺放角度誤差，檢測誤差無疑會(huì)加大，故需選擇塞尺檢測此處激光焊接搭接點(diǎn)。為便于快速檢測判斷，可制作2.5～3.5 mm 的專用塞尺，即2.5 mm 開始，每隔0.1 mm 制作一個(gè)賽片，配備到檢具上。

同理，為保證檢測位置準(zhǔn)確，側(cè)圍外板激光釬焊檢測點(diǎn)也需用塞尺檢測。

5 頂蓋與側(cè)圍激光釬焊填充面關(guān)鍵控制點(diǎn)測點(diǎn)布置

頂蓋與側(cè)圍激光釬焊填充面為連續(xù)焊接貼合，中間無斷點(diǎn)。故相應(yīng)檢測基準(zhǔn)面和測量點(diǎn)也要連續(xù)布置，不能中斷過大。因頂蓋外板落在2 個(gè)側(cè)圍之間，激光釬焊填充面離空最大的地方往往出現(xiàn)在頂蓋前后兩端，故激光釬焊開始和結(jié)束階段尤其需要加密測點(diǎn)，從而排除零件自身尺寸偏差造成的離空，好重點(diǎn)調(diào)試焊接生產(chǎn)線。

某車型頂蓋激光釬焊起始段a，結(jié)束段c 以25.0 mm 為間隔布置測點(diǎn)，中間段b 則以50.0 mm 為間隔布置測點(diǎn)（圖10）。頂蓋左右兩側(cè)測點(diǎn)布置需對(duì)稱。為保證側(cè)圍與頂蓋測點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)，便于分析數(shù)據(jù)，側(cè)圍測點(diǎn)也需按照頂蓋的間隔布置，并做到X 向坐標(biāo)一致。為保證測量重復(fù)性，需在檢測基準(zhǔn)塊上刻出測量點(diǎn)，標(biāo)出測量序號(hào)，以保證同一序號(hào)下每次測量位置相同。

圖10 某車型頂蓋俯視圖

6 測量表編制及尺寸極差計(jì)算

嚴(yán)格按照測點(diǎn)布置要求編制測量表，并把測量數(shù)據(jù)錄入表中。激光釬焊關(guān)鍵控制點(diǎn)單側(cè)從1 號(hào)測點(diǎn)起，逐測點(diǎn)150.0 mm 范圍內(nèi)計(jì)算一次測量值極差，單側(cè)所有測點(diǎn)再計(jì)算一次極差，并判斷是否在要求范圍內(nèi)。以此來判斷是否有測點(diǎn)測量值波動(dòng)過大。

因?yàn)轫斏w和側(cè)圍激光焊接搭接點(diǎn)測點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)，可將左右側(cè)圍外板和頂蓋外板3 個(gè)零件的激光釬焊檢測點(diǎn)編入同一個(gè)檢測表中，計(jì)算對(duì)應(yīng)測點(diǎn)測量值差值，便可評(píng)估出沖壓單件測點(diǎn)偏差情況。有了準(zhǔn)確的檢測數(shù)據(jù)，頂蓋外板和側(cè)圍外板的模具調(diào)試與修改就可以此為依據(jù)。激光釬焊生產(chǎn)線也可以此數(shù)據(jù)排查焊接故障。

7 結(jié)束語

準(zhǔn)確找到并選擇合適的激光釬焊關(guān)鍵控制點(diǎn)，制作正確的測量基準(zhǔn)，選擇正確的測量工具，便可準(zhǔn)確測量出控制點(diǎn)尺寸偏差。合理布置測量點(diǎn)并計(jì)算關(guān)聯(lián)測量點(diǎn)極差，就可判斷出激光釬焊貼合面是否平順。實(shí)踐證明，用此方法測量激光釬焊搭接面，可有效指導(dǎo)頂蓋外板與側(cè)圍外板的模具制造和調(diào)試，進(jìn)一步降低激光釬焊故障發(fā)生率。