中重型貨車車門激光飛行焊接工藝研究

摘要：使用激光飛行焊焊接方法，對重型貨車車門用1.25mmDC01和1.25mmDC05冷軋板進(jìn)行焊接。探究激光焊接工藝參數(shù)對激光飛行焊接接頭外觀及性能影響規(guī)律，從而優(yōu)化焊接工藝，提高焊接接頭質(zhì)量和力學(xué)性能。進(jìn)一步獲得合適的飛行焊接工藝窗口，為商用車重型貨車車門內(nèi)板激光焊接工藝的實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用及優(yōu)化提供有價值的理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：激光飛行焊；重型貨車車門；焊接接頭；工藝參數(shù)

隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，白車身焊接技術(shù)日益多樣化，包括弧焊、電阻點(diǎn)焊、激光飛行焊等。其中激光飛行焊接憑借著高質(zhì)量、高效率、低變形等優(yōu)勢，在商用車白車身制造中逐漸受到關(guān)注。激光飛行焊作為一種優(yōu)質(zhì)高效的焊接技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸式焊接，在振鏡不移動的情況下，可通過振鏡內(nèi)部反射鏡的高速運(yùn)動，進(jìn)行激光掃描焊接。

本文通過調(diào)整焊接速度、激光功率、焦距等關(guān)鍵參數(shù)，同時結(jié)合力學(xué)性能測試、外觀分析等探究焊接質(zhì)量，經(jīng)過多次試驗(yàn)獲得了一個適合中重型貨車車門DC01和DC05冷軋板用的激光飛行焊接工藝窗口，為商用車中重型貨車車門內(nèi)板激光焊接工藝的實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用及優(yōu)化提供理論依據(jù)。

試驗(yàn)材料及設(shè)備

1.試驗(yàn)材料

本次試驗(yàn)根據(jù)重型貨車車門內(nèi)板工件焊接試驗(yàn)實(shí)際情況進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，試驗(yàn)材料與車門工件使用材料完全相同，試驗(yàn)所使用的板材為1.25mmDC01和1.25mmDC05冷軋板，尺寸均為160mm×50mm，冷軋板的主要成分見表1。

2.焊接方法及設(shè)備

本試驗(yàn)中采用機(jī)器人激光飛行焊接平臺進(jìn)行激光焊接工藝試驗(yàn)，焊接平臺如圖1所示。其中設(shè)備的主體包括：Blackbird公司生產(chǎn)的intelliWELD II 3D振鏡激光焊接頭、銳科RFL-C8000XZ光纖激光器、漢立HL-8000- QG2/2水冷機(jī)、KUKA六軸機(jī)器人與捷豹LS-15空壓機(jī)，并可通過RobotSyncUnit用戶軟件編輯程序控制3D振鏡激光焊接頭進(jìn)行焊接。

試驗(yàn)所使用的試板尺寸均為160mm×50mm，試驗(yàn)中將兩試板錯邊疊放，并用夾具夾緊，確保兩試板間間隙在0.2mm以內(nèi)，振鏡激光飛行焊接工藝激光束掃描軌跡為螺旋線，具體掃描路徑如圖2所示。

3.力學(xué)性能測試方法及設(shè)備

按照ANSI/AWS/SAE/D8.9-97標(biāo)準(zhǔn)制備拉伸剪切試樣，測試不同工藝參數(shù)下焊點(diǎn)的最大抗拉伸剪切力，焊接接頭拉伸剪切試樣尺寸如圖3所示。

本試驗(yàn)中焊接接頭的力學(xué)性能測試均在MTS C45萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，設(shè)備如圖4所示。設(shè)備力學(xué)性能測試范圍：1～100kN，位移分辨率：0.04μm，力值誤差：±0.5%。焊接接頭拉伸剪切試樣于室溫下進(jìn)行測試，位移速度為2mm/min，拉剪力取相同焊接工藝參數(shù)下的3組接頭計(jì)算得到平均值。

4.微觀組織分析方法及設(shè)備

試驗(yàn)中微觀組織分析均在Axio Observer 7m金相顯微鏡上進(jìn)行，設(shè)備如圖5所示。

微觀組織分析的樣件是在焊點(diǎn)直徑處切割取樣、制樣、磨拋后完成的。

結(jié)果與分析

本次試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)方法，試驗(yàn)中采用點(diǎn)螺旋形式對試板進(jìn)行激光飛行焊接，掃描方式為順時針由內(nèi)向外掃描，螺旋線外部閉合，研究了激光焊接工藝參數(shù)對焊接接頭表面形貌及力學(xué)性能的影響規(guī)律。

1.工藝參數(shù)研究

對于冷軋鋼板的激光飛行焊接，焊接速度、激光功率、離焦量是影響激光飛行焊接質(zhì)量的關(guān)鍵工藝參數(shù)。經(jīng)過預(yù)試驗(yàn)后，獲得了一個合適的工藝窗口，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下。

不同工藝參數(shù)下拉伸剪切力見表2。不同工藝參數(shù)下本次試驗(yàn)焊點(diǎn)正面、背面及截面形貌圖見表3。

2. 試驗(yàn)分析

（1）激光功率對力學(xué)性能的影響 由圖6中可以看出，激光功率由5600W增加到6000W時，拉伸剪切性能下降；激光功率由6000W增加到6200W時，拉伸剪切性能增加；6200W時最高，當(dāng)激光功率繼續(xù)增加時，力學(xué)性能變差。

（2）焊接速度對力學(xué)性能的影響 由圖7中可以看出，焊接速度為200mm/s時，力學(xué)性能最佳；隨著焊接速度由200mm/s增加到210mm/s時，力學(xué)性能下降；增加到230mm/s時，力學(xué)性能有所增加。隨著焊接速度增加到240mm/s時，力學(xué)性能下降。

（3）離焦量對力學(xué)性能的影響 由圖8可以看出，隨離焦量由-9mm增加到+3mm時，力學(xué)性能先增加后減小，并無明顯規(guī)律，因此并未觀察到離焦量與力學(xué)性能之間的關(guān)系。

結(jié)語

成功實(shí)現(xiàn)了中重型貨車車門板的激光飛行焊，在200～240mm/s的焊接速度和5.6～6.4kW的焊接功率參數(shù)范圍內(nèi)，通過優(yōu)化調(diào)節(jié)各項(xiàng)工藝參數(shù)，獲得了表面形貌良好、力學(xué)性能達(dá)標(biāo)的焊點(diǎn)。

通過對比激光飛行焊接焊點(diǎn)強(qiáng)度高于電阻點(diǎn)焊焊點(diǎn)強(qiáng)度，試驗(yàn)中激光飛行焊接焊點(diǎn)最大拉力為同等條件下電阻點(diǎn)焊焊點(diǎn)的1.2～1.58倍，從性能角度上說明激光飛行焊可替代電阻點(diǎn)焊實(shí)現(xiàn)中重型貨車車門的焊接。

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