淺談激光釬焊在白車身制造中常見(jiàn)缺陷類型及解決策略

黃華旺 賴中劍

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545000

1 引言

白車身作為汽車整車的整體框架，是汽車整車的重要組成部分。白車身的連接強(qiáng)度對(duì)汽車整車的NVH性能、碰撞安全性能有著重要的影響。常見(jiàn)白車身連接工藝包括焊接，膠接，鉚接等等。焊接作為白車身制造過(guò)程中的主要連接工藝，通常有電阻點(diǎn)焊，電阻凸焊，塞焊。近些年來(lái)，激光焊接在國(guó)內(nèi)各大主機(jī)廠逐漸普及。由于其具有焊接效率高，焊接變形小、焊縫質(zhì)量高、且焊縫比較美觀等優(yōu)點(diǎn)，常常運(yùn)用于小型汽車的側(cè)圍與頂蓋之間的焊接以及車門外板的拼接。在白車身制造領(lǐng)域，鋁合金白車身是未來(lái)的重要發(fā)展方向，鋁合金與鋁合金，鋁合金和普通鋼板之間也都可以用激光釬焊連接。

2 激光釬焊簡(jiǎn)介

激光釬焊，也稱激光填絲釬焊。激光發(fā)生器產(chǎn)生的激光光束經(jīng)過(guò)鏡片聚焦后照射在焊絲表面，焊絲在高溫環(huán)境下熔化形成液態(tài)金屬，液態(tài)金屬浸潤(rùn)到焊接處，在適當(dāng)?shù)耐獠織l件下，工件形成良好的連接接頭。激光釬焊具有能量密度高，焊縫窄，深寬比大，熱變形小，熱影響區(qū)小。由于焊接完成后具有較為良好的成型表面，可以不經(jīng)過(guò)二次處理而直接使用。

激光釬焊系統(tǒng)主要由激光發(fā)生器，送絲機(jī)，水冷機(jī)和焊接頭幾個(gè)核心部分組成。其中激光發(fā)生器主要用于激光形成和輸出。送絲機(jī)保證焊絲輸送，提供熱絲電流及引導(dǎo)焊絲輸出位置及輸出方向，水冷機(jī)的主要作用是對(duì)激光發(fā)生器進(jìn)行冷卻。焊接頭的主要作用是將激光發(fā)生器經(jīng)過(guò)光纖送來(lái)的激光聚焦為焊接時(shí)使用的激光，并調(diào)整光斑，同時(shí)對(duì)焊縫進(jìn)行調(diào)整補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)焊縫跟蹤，同時(shí)可以在焊接過(guò)程可以實(shí)時(shí)監(jiān)控焊接狀態(tài)。此外，激光釬焊焊接系統(tǒng)通常還配有專門的工裝夾具（如圖1），用于保證被焊零件的搭接間隙，以保障焊縫質(zhì)量的穩(wěn)定性。

圖1

3 常見(jiàn)激光釬焊焊接缺陷類型及其解決辦法

3.1 焊縫塌陷

焊縫塌陷的主要表現(xiàn)形式為焊縫局部坍塌。如圖2。

圖2

造成焊縫塌陷的可能原因有：

（1）送絲機(jī)送絲速度過(guò)低。當(dāng)送絲機(jī)送絲速度過(guò)低時(shí)，焊絲供應(yīng)不足，進(jìn)而導(dǎo)致高溫金屬溶液填充不足，引起焊縫塌陷。此時(shí)應(yīng)檢查送絲速度的設(shè)置值是否過(guò)低，同時(shí)可以優(yōu)化送絲速度。（2）機(jī)器人運(yùn)行速度不均勻，要想獲得良好，美觀平整的焊縫，要確保金屬溶液應(yīng)均勻充足填充，如果機(jī)器人速度不均勻，則會(huì)引導(dǎo)致金屬溶液填充不均勻，此時(shí)應(yīng)檢查機(jī)器人的參數(shù)設(shè)置是否合理，重點(diǎn)是檢查機(jī)器人運(yùn)行軌跡有CNT和ACC的地方，以及觀察機(jī)器人運(yùn)動(dòng)姿態(tài)是否存在突變，是否存在卡滯或抖動(dòng)的現(xiàn)象。（3）檢查激光功率是否過(guò)大。激光功率過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致輸入焊絲能量過(guò)大，會(huì)引起焊絲融化后溫度過(guò)高，高溫金屬溶液冷卻時(shí)間變長(zhǎng)，其滲透能力進(jìn)而變強(qiáng)而引起塌陷。（4）檢查焊接板材的搭接間隙是否正常。如果零件的搭接間隙不均勻，或者局部搭接間隙過(guò)大，則金屬溶液滲透過(guò)快，進(jìn)而引起焊縫坍塌。

3.2 收弧或者起弧位置出現(xiàn)焊瘤

主要表現(xiàn)形式為收弧或起弧位置，出現(xiàn)多焊、堆高，或者不規(guī)則的瘤狀焊縫。如圖3，收弧起弧位置出現(xiàn)焊瘤的主要原因如下：

圖3

（1）收弧或者起弧點(diǎn)的位置不正確。此時(shí)應(yīng)空走機(jī)器人軌跡，檢查起弧點(diǎn)和收弧點(diǎn)的位置是否正確，如果有偏差，應(yīng)及時(shí)調(diào)整。（2）零件搭接尺寸有偏差，如果零件搭接不穩(wěn)定，或者零件尺寸局部波動(dòng)過(guò)大，焊縫間隙不滿足焊接要求，則會(huì)引起焊偏，多焊的現(xiàn)象，此時(shí)應(yīng)拉動(dòng)尺寸工程師解決零件搭接尺寸問(wèn)題，短期措施可以通過(guò)局部調(diào)用合適的焊接參數(shù)或調(diào)整機(jī)器人焊接速度來(lái)解決。（3）檢查送絲延時(shí)和出光延時(shí)是否匹配。如果送絲和出光不匹配，則會(huì)引起焊瘤。若是起弧引起的焊瘤，應(yīng)該適當(dāng)設(shè)置延遲送絲。收弧引起的焊瘤，則應(yīng)適當(dāng)設(shè)置延遲關(guān)閉激光。

3.3 焊縫表面有氣孔

圖4

焊縫表面有氣孔的通常原因是工件清潔度差。工件搭接處有雜質(zhì)或者多余的油污，尤其是鍍鋅板焊接，可能存在多余的鋅粉都會(huì)引起焊接完成后焊縫表面有氣孔。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)大批量生產(chǎn)，保證工件的清潔度尤其重要。零件裝配前應(yīng)擦拭焊縫處，以保證焊縫表面質(zhì)量的穩(wěn)定性。引起焊縫氣孔的另一個(gè)可能原因是焊接氣流的影響，此時(shí)應(yīng)該檢查激光頭上的壓縮空氣，或者夾具上的壓縮空氣是否漏氣。如有漏氣，應(yīng)優(yōu)先解決。

3.4 焊縫表面高低不平

焊縫表面高低不平通常的表現(xiàn)形式是焊縫呈現(xiàn)出不規(guī)則的波浪狀。如圖（5），造成焊縫表面凹凸不平的主要原因通常有以下四個(gè)：

（1）零件搭接間隙大小不均勻。零件搭接間隙不均勻，應(yīng)協(xié)同尺寸工程師調(diào)查零件配合尺寸變異的原因，或者查找工裝夾具是否存在變異，確保零件搭接間隙在要求之內(nèi)。（2）激光頭保護(hù)鏡片壽命到期或者鏡片中心不潔凈，造成鏡片透光性差。為避免激光頭保護(hù)鏡片長(zhǎng)期使用透光性變差，一般設(shè)置有一定的使用壽命，應(yīng)首先查看控制柜保護(hù)鏡片壽命是否到期，如到期及時(shí)更換?；虿鸪⒛恳暀z查保護(hù)鏡片，如有密集的污點(diǎn)或者出現(xiàn)燒損的情況，應(yīng)及時(shí)更換保護(hù)鏡片。（3）焊絲導(dǎo)絲嘴磨損。如果焊絲導(dǎo)絲嘴磨損，則會(huì)引起出絲不暢，或者出絲抖動(dòng)，則會(huì)導(dǎo)致焊接過(guò)程金屬溶液填充不均勻，以至于引起焊縫成型波浪，此時(shí)應(yīng)檢查導(dǎo)絲嘴，如有變形或者燒蝕，則應(yīng)及時(shí)更換導(dǎo)絲嘴。（4）激光功率偏小。如果激光功率偏小，則焊接熱量偏小，不足以使焊絲充分融化并填充焊縫，則會(huì)引起焊縫成型表面高低不平，此時(shí)應(yīng)使用專門的檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)激光頭激光功率的大小。如有必要，則應(yīng)該適當(dāng)增加激光功率。

圖5

3.5 焊縫偏離

焊縫偏離的表現(xiàn)狀態(tài)如下圖6，焊絲熔化后未填滿零件搭接面。導(dǎo)致這種狀態(tài)的因素從以下幾個(gè)方面來(lái)考慮：

圖6

（1）零件搭接間隙超差。零件尺寸的波動(dòng)或零件裝夾異常，都會(huì)引起零件焊縫面搭接間隙超差。由于送絲速度和焊接速度固定，焊接過(guò)程金屬溶液填充量比較穩(wěn)定，當(dāng)零件間隙超差時(shí)，會(huì)導(dǎo)致金屬溶液不足以填滿焊接縫，則會(huì)引起焊縫偏離。臨時(shí)可以通過(guò)增加送絲速度，或者降低焊接速度去解決。如若局部焊縫偏離，則需要重新校準(zhǔn)焊接機(jī)器人的運(yùn)行軌跡。（2）送絲不順暢或者送絲速度過(guò)低。如果焊接過(guò)程送絲不順暢，會(huì)導(dǎo)致焊接過(guò)程高溫金屬溶液填充不均勻，會(huì)引起焊縫寬度不均勻，甚至出現(xiàn)焊縫偏離的情況。此時(shí)應(yīng)觀察送絲機(jī)的電流是否偏大，如果送絲機(jī)的電流偏大，則反映出送絲機(jī)的送絲阻力偏大。同時(shí)要觀察工藝柜上顯示的送絲速度是否超差。采用固定時(shí)間固定速度出絲三次，并測(cè)量出絲長(zhǎng)度，比較實(shí)際值與理論值偏差是否過(guò)大，如果偏差超過(guò)3%，則表示送絲機(jī)送絲過(guò)程有阻力，會(huì)影響到正常的焊接。如果檢查出送絲機(jī)送絲過(guò)程有阻礙，則應(yīng)確認(rèn)送絲管是否需要更換，并檢查導(dǎo)絲壓輪的壓緊力，送絲嘴有無(wú)燒蝕，如有必要，則需要更換。（3）保護(hù)鏡片燒損或者有污點(diǎn)。如果防護(hù)鏡片燒損或者有污點(diǎn)，則鏡片的透光性會(huì)變差，導(dǎo)致焊接熱量不足，則焊接金屬得不到充分熔化填充，則會(huì)導(dǎo)致焊縫的偏離，此時(shí)應(yīng)及時(shí)更換保護(hù)鏡片。（4）激光照射位置與焊絲位置有偏差。如果激光和焊絲位置有偏差，則激光能量不能有效地聚集在焊絲表面，進(jìn)而導(dǎo)致焊接過(guò)程焊絲熔化狀態(tài)變差，金屬溶液不能充分填充焊縫表面。此時(shí)可以通過(guò)顯示器觀察激光和焊絲的相對(duì)位置，保證焊絲末端與焊絲校準(zhǔn)線對(duì)齊，進(jìn)而保證激光和焊絲落在同一位置上。（5）焊接頭的偏執(zhí)力設(shè)置不合理，或焊接頭的平衡力差，為了保證焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性，讓焊絲充分填滿焊縫，焊接頭一般具有自動(dòng)平衡和校準(zhǔn)的功能，如果焊接頭的偏執(zhí)力設(shè)置不合理，或者平衡力差，則焊接過(guò)程焊絲沿著焊縫行走不順暢，會(huì)導(dǎo)致焊縫偏離。此時(shí)應(yīng)通過(guò)專用的軟件專門設(shè)置焊接頭的偏轉(zhuǎn)力，或者重新校準(zhǔn)平衡力。此外還需要空走軌跡，確認(rèn)焊接頭的連接的力的傳感器電纜線束是否存在過(guò)程拉扯或者松動(dòng)，如有則應(yīng)及時(shí)糾正。

3.6 起弧或收弧位置燒穿

圖7

起弧或收弧位置燒穿主要表現(xiàn)形式為在起弧或收弧位置。針對(duì)此故障類型，應(yīng)檢查零件尺寸的有無(wú)變異，起弧或收弧位置有沒(méi)有波動(dòng)，另外，可以空走機(jī)器人運(yùn)行軌跡確認(rèn)起弧或者收弧點(diǎn)的位置是否合理，如果有偏差，應(yīng)及時(shí)做好修正。此外還可以檢查焊接開始或者結(jié)束的過(guò)程，設(shè)置的激光延時(shí)、送絲延時(shí)是否匹配。如果出現(xiàn)起弧燒穿，則可以設(shè)置延遲出光，或者分段調(diào)試焊接參數(shù)，適當(dāng)降低起弧處的激光功率。如果是收弧處燒穿，則可以適當(dāng)設(shè)置延遲送絲，或者提前收光，適當(dāng)降低收弧處的激光功率。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著人們的生活水平不斷提高，人們的消費(fèi)觀念不斷升級(jí)。對(duì)于汽車消費(fèi)品，人們不僅僅局限于對(duì)其功能性的要求，更追求卓越的感知質(zhì)量。車輛感知質(zhì)量成為人們選擇購(gòu)車的選擇標(biāo)準(zhǔn)之一。因此，人們的消費(fèi)升級(jí)對(duì)整車制造質(zhì)量水準(zhǔn)提出了更高的要求。激光釬焊作為一項(xiàng)成熟的焊接技術(shù)，具有焊接變形小，焊縫成形美觀，熱影響區(qū)小等其他焊接技術(shù)不具備的優(yōu)點(diǎn)，在外觀件拼焊方面具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。本文從激光釬焊在白車身批量生產(chǎn)中所產(chǎn)生的缺陷類型出發(fā)，簡(jiǎn)要闡述了激光釬焊在白車身制造領(lǐng)域常見(jiàn)的質(zhì)量缺陷類型及其解決方法，為后續(xù)快速解決此類質(zhì)量問(wèn)題提供了參考。