熱成形車門B柱 加強(qiáng)板總成激光焊接工藝解析

在汽車行業(yè)快速發(fā)展的情況下，消費(fèi)者對汽車車輛安全要求不斷提高，我國在2021年推出了新車評價(jià)制度（C-NCAP，ChinaNewCarAssessmentProgram）。側(cè)面強(qiáng)度是車身強(qiáng)度重要區(qū)域，經(jīng)過調(diào)查，側(cè)面碰撞事故在所有交通事故中約占 30% ，其中重傷和死亡的比例高達(dá) 35% 。因此C-NCAP對側(cè)面碰撞保護(hù)提出更高要求，來保證乘車人員的安全。

車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.車身設(shè)計(jì)

2.B柱加強(qiáng)板總成設(shè)計(jì)

采用了對開門方式，前后門由中間向兩側(cè)拉開設(shè)計(jì)，如圖1所示。將B柱從車身取消，增大車內(nèi)空間和寬敞度。同時(shí)為滿足安全、C-NCAP要求、減少事故中人員傷亡，故后門增加B柱加強(qiáng)板總成鑲嵌在車門總成中。

首先將B柱加強(qiáng)板總成的內(nèi)外板采用 2.5mm 料厚，并增加補(bǔ)丁板通過點(diǎn)焊工藝，增加材料強(qiáng)度。通過沖壓熱成形工藝進(jìn)行零件成形，最后通過激光熔焊工藝將零件焊接為總成，總成結(jié)構(gòu)如圖2所示。

焊接工藝

1.設(shè)備配置

激光熔焊設(shè)備見表1。

（1）激光源來提供焊接熱源，為保證激光源內(nèi)部光學(xué)模塊及外部光路的性能穩(wěn)定，需要水冷機(jī)對其進(jìn)行循環(huán)冷卻。

（2）激光頭發(fā)出激光束，將光的焦點(diǎn)放置在B 柱內(nèi)外板熔深的1/4處，通過能量將板件進(jìn)行融化后冷 卻行程焊核實(shí)現(xiàn)內(nèi)外板的有效連接和強(qiáng)度管控。

（3）機(jī)器人將激光頭和管線包集成在機(jī)器人上，通過機(jī)器人運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)焊接軌跡。

（4）激光房激光有一定輻射危險(xiǎn)并且激光焊接過程中出現(xiàn)大量的煙塵，為保證廠房內(nèi)環(huán)境，將激光焊接工位通過激光房行程一個(gè)密封的空間，并將除塵集成到激光房上。

（5）管線包主要將焊接所用的水、電、氣等的管路通過管線包集成到機(jī)器人上。

（6）夾具工裝用于鈑金的位置控制和焊接后對零件繼續(xù)夾持防止熱變形和焊接應(yīng)力釋放。

（7）多功能測試臺用于試片驗(yàn)證、功率檢測及位置度校準(zhǔn)。

2.鈑金精度要求

（1）鈑金精度激光焊接對單件搭接法蘭面要求較高，一般要求 ±0.3mm 公差，搭接位置出現(xiàn)極差現(xiàn)象，需要對單件進(jìn)行配調(diào)。

（2）加緊間隙為滿足焊接熔深和熔寬的要求，增加激光功率有效利用，板件在加緊加緊狀態(tài)下間隙小于 ?0.2mm 0

3.焊接參數(shù)

由于焊接厚度為 5mm ，所以在焊接設(shè)備選型時(shí)需要選擇功率大于6000W以上設(shè)備（見表2）。

4.工裝

夾具工裝在設(shè)計(jì)為保證鈑金位置度一般采用兩個(gè)定位銷和多處加緊支撐保證。由于單件強(qiáng)度較強(qiáng)需要采用強(qiáng)力壓緊缸。

間隙為控制在 0.2mm 范圍內(nèi)，需要將單元間隙控制在 200～250mm ，同時(shí)為避免焊接熱變形，每段焊道不能超過 350mm ，需要對個(gè)氣缸單獨(dú)控制。氣缸隨著激光位移進(jìn)行開啟和關(guān)閉。

質(zhì)量驗(yàn)證

1.三角彎曲試驗(yàn)

將總成（見圖2）放置在專屬支承架上，采用壓頭直徑 254mm ；以50mm/min加載速度，加載到樣件的1/2處（見圖3），直到產(chǎn)品定義的變形位置或力矩衰減。

試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在樣件1/2位置處，破壞載荷gt;115kN，如圖4和圖5所示。

2.金相實(shí)驗(yàn)

在前期試驗(yàn)階段和量產(chǎn)階段為保證焊接質(zhì)量，需要對B柱加強(qiáng)板總成進(jìn)行金相實(shí)驗(yàn)。

首先將B柱加強(qiáng)板板總成的焊接面進(jìn)行切割段，每50～100mm 提取一個(gè)樣片，進(jìn)行研磨。通過顯微鏡觀察熔深、熔寬，確認(rèn)是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，如果無法滿足確認(rèn)鈑金間隙，調(diào)整夾具或單件：如間隙滿足需要通過調(diào)整焊接功率或速度，再次驗(yàn)證。具體標(biāo)準(zhǔn)見表3。

質(zhì)量要求和缺陷整改措施

1.質(zhì)量要求

通過尺子測量，焊縫長度、位置、數(shù)量并通過目視檢查外觀質(zhì)量、凹坑、間隙等。具體要求標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）焊縫長度焊縫起止位置 ±5mm 范圍。

（2）焊縫位置度焊縫位置寬度方向位置 ±1.5mm范圍。

（3）焊縫表面裂紋焊縫表面不允許有可見的裂紋。

（4）氣孔和表面燒穿焊接過程保護(hù)氣或零件清潔度會出現(xiàn)表面燒穿或大量氣孔，燒穿需要重新返修。氣孔累計(jì) ? 焊縫總長度 5% ，可以補(bǔ)返修，超過需要重新返修。

（5）虛焊焊縫長度 lt;25mm ；單段缺陷 d₁lt; 5mm ；總長度 ? 焊縫總長度 5% 。

（6）飛濺在焊接過程中會出現(xiàn)大量飛濺。外觀面、安裝面、搭接面避免貼合存在間隙，在焊接后必須進(jìn)行打磨處理，才能流出到下一序，非安裝和搭接面飛濺高度不能超過 1.0mm 。

2.整改措施

1）焊縫長度、焊縫位置、斷焊缺陷、氣孔、穿孔、熔合不良通過手持激光焊、MIG、TIG、MAG、CMT焊等焊接方式進(jìn)行返修。

2）飛濺需要采用打磨機(jī)對飛濺進(jìn)行打磨。

結(jié)語

隨著汽車安全性要求增加，將B柱加強(qiáng)板總鑲嵌在車門中可以大大提升車內(nèi)的空間和舒適，但B柱加強(qiáng)板總成的焊接質(zhì)量和尺寸成為生產(chǎn)工藝的難點(diǎn)。本文主要通過車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、焊接工藝、質(zhì)量驗(yàn)證、質(zhì)量要求和缺陷改進(jìn)五個(gè)方面闡述了B柱加強(qiáng)板總成激光熔焊的制造過程。新型高功率激光器的出現(xiàn)顯著提升了焊接速度和深度，特別是在厚材料焊接中表現(xiàn)出色。未來，更高功率、更小體積、更高電光轉(zhuǎn)換效率的激光器結(jié)合焊接設(shè)備、焊裝參數(shù)優(yōu)化，進(jìn)一步提升激光焊接零件厚度和焊接速度、質(zhì)量、安全。

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