影響白車身頂蓋激光釬焊焊接成型質(zhì)量的關(guān)鍵因素

李成整 施連青 歐楊陽

摘 要：采用正交實驗法，建立多梯度多規(guī)格的實驗組分，重點分析了焊絲直徑和焊縫大小對激光釬焊焊接成型質(zhì)量的影響；根據(jù)量產(chǎn)觀察和常發(fā)質(zhì)量故障分析，鎖定了影響焊接成型質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備及因素。結(jié)果表明：釬絲實際直徑在1.15-1.21mm內(nèi)，焊縫填充效果最好、焊道強度最優(yōu)；焊縫需控制在0.3mm以內(nèi)，避免缺陷形成、焊接失效：激光鏡片和送絲軟管易受污受損，導(dǎo)致焊接參數(shù)波動、影響焊接質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：頂蓋：激光釬焊：釬絲：焊接縫隙：激光鏡片：送絲管

1 引言

頂蓋激光釬焊是指通過激光發(fā)生器產(chǎn)生激光，以激光為熱源、利用激光高能量密度特點，加熱并熔化固態(tài)釬絲，釬絲熔化后滲透進焊接縫隙并快速凝固形成焊道，最終起到填充焊接縫隙、連接頂蓋與左右側(cè)圍的作用。頂蓋激光釬焊具有焊接熱影響區(qū)小，焊接過程穩(wěn)定、焊道強度大，生產(chǎn)效率高等特點，經(jīng)過了多年的發(fā)展，焊接工藝與配套設(shè)備已十分成熟可靠，現(xiàn)已成為頂蓋與左右側(cè)圍連接的主要工藝方式。

根據(jù)車身外觀質(zhì)量設(shè)定，頂蓋激光釬焊焊道為可視外觀，這就對激光釬焊的焊接成型質(zhì)量有著極高的要求。在配套設(shè)備品牌固化、工藝布局及工藝流程逐漸同化的今天，實際生產(chǎn)過程中影響頂蓋激光釬焊焊接成型質(zhì)量的因素往往僅僅集中在某些關(guān)鍵項中。本文從工藝和質(zhì)量控制角度出發(fā)，結(jié)合某SUV車型頂蓋激光釬焊從工藝規(guī)劃到量產(chǎn)實現(xiàn)的項目開發(fā)經(jīng)驗，討論影響激光釬焊焊接成型質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

2 頂蓋激光釬焊焊接簡介

2.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

該車型頂蓋與左右側(cè)圍外板為0.7mm的超深拉延薄板，頂蓋前后部切邊與頂蓋前后橫梁接觸，左右切邊R角下部與側(cè)圍總成接觸、R角上部形成法蘭焊縫。為保證釬絲的有效填充量和填充后的強度要求，法蘭焊縫理論設(shè)定為0.3mm（局部變化），采用1.2mm硅青銅釬絲填充。如圖1所示。

2.2 工藝流程

頂蓋激光釬焊基本工藝流程：頂蓋點定，激光釬焊，焊后返修（線上或線下返修）。流程圖示如下。

2.2.1 頂蓋點定：車身總成和頂蓋分總成在進行激光釬焊前，需經(jīng)過固定焊接、確定兩者的相對位置。為獲得合格的激光焊接縫隙，頂蓋必須采用精定位方式裝配在車身上，通常在焊接前使用對中工裝進行裝配。

2.2.2 激光釬焊：經(jīng)點定頂蓋的車體進入激光釬焊工作站，頂蓋通過浮動工裝抱夾與車身左右側(cè)圍密切配合，機器人接收到浮動工裝到位信號后，從原點向前剪絲，在到達起弧點時送絲機和激光發(fā)生器先后啟動、開始焊接，此時釬絲受熱融化并隨著機器人的行走填充焊接縫隙；到達收弧點時，激光發(fā)生器和送絲機先后關(guān)閉，機器人回到原點，焊接完成。

2.2.3 激光釬焊返修：激光釬焊成型質(zhì)量必須經(jīng)過100%檢驗確認，對于焊接缺陷，需評估返修時間，在不影響線體生產(chǎn)和節(jié)拍達成的情況下，執(zhí)行線上或線下返修。

2.3主要設(shè)備

激光釬焊配套的主要設(shè)備見下表1。

3 頂蓋激光釬焊焊接質(zhì)量控制

在送絲速度V2、焊接速度Vh及釬絲直徑D均確定的情況下，單位時間內(nèi)焊縫填充量V-（ D/2） 2*TT *V，*Vh，（理想狀態(tài)，釬絲直徑、送絲速度和焊接速度均穩(wěn)定無變化），即影響焊縫有效填充量的關(guān)鍵因素：焊接速度，送絲速度和釬絲直徑。有效填充量決定了焊道的實際強度，填充量的多少最終又表現(xiàn)在焊道外觀質(zhì)量上（如斷焊空缺、焊瘤堆積等缺陷），因此，絕大部分的質(zhì)量缺陷都與焊縫有效填充量相關(guān)。

3.1 釬絲直徑對成型質(zhì)量的影響

焊接速度和送絲速度由設(shè)備的穩(wěn)定性決定，在調(diào)試完成時，參數(shù)固化；經(jīng)連續(xù)生產(chǎn)監(jiān)測，非設(shè)備故障情況下焊接速度和送絲速度穩(wěn)定性極高，對釬絲的有效填充量的影響率極低。因此，釬絲的實際直徑成為了影響量產(chǎn)過程中焊接成型質(zhì)量的最主要因素。為研究釬絲直徑對焊接成型質(zhì)量的影響，現(xiàn)設(shè)置一定直徑梯度的釬絲進行焊接實驗。釬絲直徑規(guī)格和焊接成型質(zhì)量見表2。

對各直徑規(guī)格的焊接成型試樣進行宏觀金相觀察（x50）和拉伸檢測，結(jié)果見表3。

焊道寬度和焊深為激光釬焊成型質(zhì)量的重要指標，金相檢測示例見圖3；拉伸強度參考許用應(yīng)力計算方法，規(guī)定“40mm長的激光釬焊焊道的抗拉剪強度必須達到0 7倍的母材抗拉強度值要求”，實驗結(jié)果見圖4。

通過以上實驗可知，當(dāng)釬絲直徑波動范圍在1.15-1.2lmm內(nèi)時，填充量充足、焊接成型質(zhì)量和焊道強度最好。

3.2焊接縫隙大小對成型質(zhì)量的影響

當(dāng)單位時間內(nèi)焊縫填充量V時，焊接縫隙的大小成為焊接成型效果的決定性因素。送絲速度4600imm/min，焊接速度75mm/s，設(shè)置不同梯度的焊縫進行批量試焊驗證，實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果在表4中列出。 試焊效果見圖5、圖6、圖7，可以發(fā)現(xiàn)：①焊接縫隙在0.3mm以內(nèi)，焊接效果最好；②焊接縫隙在0.4mm以內(nèi)，焊接成型質(zhì)量可以接受、無需返修；③焊接縫隙大于0.4mm，激光釬焊成型質(zhì)量變差，隨著焊縫的增大，焊接將逐漸失效并無法實現(xiàn)。

3.3 設(shè)備因素對成型質(zhì)量的影響

經(jīng)過長時間的生產(chǎn)觀察和質(zhì)量故障分析，激光鏡片潔凈度和送絲軟管磨損，均為造成焊接缺陷的常發(fā)原因，兩者不可量化管理，需根據(jù)耗材壽命，制定定期檢查和更換計劃。

3.3.1 鏡片潔凈度：在生產(chǎn)過程中，鏡片極易受污染、侵蝕，影響激光的折射聚焦，進而影響激光功率、焦點直徑和光絲對中度，導(dǎo)致斷焊漏焊、局部燒黑等缺陷產(chǎn)生。

3.3.2 送絲軟管磨損度：送絲軟管經(jīng)長時間的抽絲、送絲，內(nèi)壁將逐漸磨損，影響送絲速度，導(dǎo)致斷焊漏焊等故障產(chǎn)生。

4結(jié)語

當(dāng)釬絲理論直徑為1.20mm、焊接縫隙設(shè)計寬度為0.3mm時：

4.1 使用的釬絲實際直徑在1.15-1.2lmm內(nèi)，焊縫填充效果最好，焊接成型質(zhì)量和焊道強度能滿足設(shè)定要求；

4.2 焊接縫隙在0.3mm以內(nèi)，焊接效果最好；

4.3 激光鏡片潔凈度和送絲軟管磨損為實際生產(chǎn)過程中造成焊接缺陷的常發(fā)原因，必須嚴格監(jiān)控。