激光釬焊焊接缺陷和控制方法分析

【摘要】本文對頂蓋激光釬焊工藝的工藝特點進行了介紹，闡述了產生焊接缺陷的原因，并提出了解決措施。在實際生產中由于相關因素的變化過于頻繁，導致焊縫缺陷時有發生，給生產和質量控制帶來困難，氣孔、“咬邊”和焊縫填料不連續為常見的焊接缺陷類型。

【關鍵詞】激光;焊接;咬邊

激光焊接是汽車生產中新興的焊接領域，將光學加工應用于金屬加工領域，為薄板焊接開辟了新的領域，通過激光的薄板焊接降低了汽車車身的質量，增加汽車車身的強度，同時也改善了汽車零件加工的焊接工藝，提供了新的解決思路。隨著激光焊接設備成本的進一步降低和白車身激光焊接的推廣，激光焊接將會逐步應用于汽車制造的各個領域，成為汽車焊接新的發展方向。

一、白車身頂蓋和側圍激光釬焊工藝特點

在激光釬焊焊接過程中，送絲機構驅動填充焊絲以一定的角度向焊接區激光束的焦斑位置輸入。焊絲一部分被激光束照射直接熔化;一部分由激光熔化母材（即側圍和頂蓋板材）誘導的等離子體加熱熔化。熔化的焊絲和坡口兩側熔化的母材一起形成熔池。

白車身頂蓋和側圍所采用的一般為電鍍鋅薄鋼板，型號為DC06 ZE50/50 BPO。由于鍍鋅的熔點在420℃左右，采用的釬料Cusi3在910℃左右，而鋼的熔點在1535℃左右，因此，采用傳統的電阻點焊直接熔化母材將造成鍍鋅層的破壞，降低車身的耐腐蝕性。激光釬焊焊接將以其熱量集中、快速焊接的優點，熔化釬料的同時，對熔池周圍板材的熱影響較少，很好地保護了板材的鍍鋅層。釬料Cusi3的采用，在汽車白車身焊接工藝激光釬焊系統中較為普遍，因此激光釬焊焊接通常稱為激光黃銅釬焊（Laser brazing）。

送絲方式則采用前置送絲方式，即送絲相反于熔池方向，其優點在于送絲入池可靠性較好，而且對接坡口對焊絲具有導向左右，利于坡口上下和左右的偏差。同時，為了彌補頂蓋和側圍錯位誤差，常采用激光自適應鏡頭，以便消除焊絲對坡口Y/Z偏差的影響。在高速釬焊接時，需要較高的功率密度和送絲速度，很容易造成釬焊質量的不穩定性。此外，由于激光焊成本較高，通過單純提高功率來提高釬焊速度并不利于生產的經濟性。通常簡單施加一個額外的熱源，可以在現有的激光功率下提高釬焊速度。通常將此種焊接方式稱之為輔助電流激光釬焊。

二、激光釬焊焊接缺陷介紹

要想獲得一條功能和目視均滿足要求的頂蓋焊縫需要激光功率、機器人速度、焊絲送絲速度和光束入射角的完美結合，另外，輔助的保護氣體也應該進行相應的配置。但在實際生產中由于相關因素的變化過于頻繁，導致焊縫缺陷時有發生，給生產和質量控制帶來困難，氣孔、“咬邊”和焊縫填料不連續為常見的焊接缺陷類型。

三、焊接缺陷及所對應的原因及控制措施

在激光釬焊過程中，由于焊絲對激光功率具有漫反射，因此整條焊縫內激光功率作用于焊絲的能量不一致，導致部分段焊絲熔化不充分，使液態、固態的釬料耦合連接處產生氣隙，形成氣孔;熔池內存在的惰性氣體和雜質也可能破壞填料的侵潤，氣體壓制在釬料內，形成了氣孔;板材表面存在污染，雜物在激光作用下爆炸形成氣泡，直接在焊縫表面或貫穿整個焊縫熔深而形成氣孔;如果激光功率過大，使釬料汽化爆炸，將導致氣孔數量的增多。

常用的抑制焊縫氣孔的方法為：

1.匹配合理的激光功率、焊接速度和送絲速度，盡量保證焊接速度的一致性和高速連續焊接;

2.嚴格選擇釬料焊材，保證焊絲Si鍍層的均勻;

3.保證頂蓋和側圍焊接區域的潔凈;

4.采用氬氣或氦氣做保護氣體。

“咬邊”缺陷主要表現為焊縫一側侵潤不夠，造成焊縫和板材結合處成灰黑色且如“鋸齒狀”。此種缺陷產生的原因在于：板材匹配間隙不合理，造成填料侵潤不夠;焊絲和光斑對中性不夠，造成熔池邊緣熔化不充分;功率不夠或焦點過小，導致板材熱量不夠，不利于板材和釬料的融合。

常用的抑制焊縫“咬邊”缺陷的方法為：校正機器人軌跡并確認是否焊絲相對光斑中心變化;確認光斑的大小和焊絲是否匹配;功率或熱絲電流的調整;板材間隙的調整。

焊縫“下陷”并不連續。此焊縫缺陷表現為焊縫填料較少且焊料不均勻。具體原因為：整體焊接區域板材搭配超差且不一致;送絲不穩定，時慢時快;軌跡編制不合理等因素。

常用的抑制焊縫“下陷不連續”缺陷的方法為：校正機器人軌跡;同步送絲設備，使焊絲平穩送出;保證板材間隙一致性并小于0.5mm;匹配送絲速度和焊接速度。

焊縫焊偏，焊接過程中機器人軌跡偏離焊接區域，造成焊縫焊偏。處理方法為校正機器人軌跡并確認焊接激光導向力設置是否合理。

四、常用的返修方法介紹

對于評定標準中可以返修的焊縫常用手工返修來彌補缺陷，以降低整車的報廢。常用的返修方法分為高頻打磨和手工補錫膏后拋光。

焊縫表面不平整，不光滑，此時可以采用手工打磨。使用設備為Bosh風動打磨器配馬圈牌PNER-H750 3A進行粗打磨;使用Bosh風動打磨器配3M公司Z80砂紙進行拋光。打磨時注意角度和“吃料”厚度，防止損壞基材和焊縫。焊縫大于0.2mm的氣孔，需要手工補錫膏進行返修。具體方法為使用電烙鐵對孔進行加熱后灌入錫膏，冷卻后再對返修區打磨拋光。

五、結束

隨著車身設計的優化，激光焊接對車身結構特有的優勢以及激光焊接技術可靠性的進一步提高和設備成本的降低，相信激光焊接技術在汽車工業會有更廣泛的應用。

參考文獻

[1]林平.激光釬焊在汽車行業的焊接應用，電焊機，2010， 5（5）39-44.

[2]潘波.汽車生產用激光釬焊系統設計，電機焊，2010. 11（11）17-22.

[3]王軍.淺析激光釬焊缺陷形成原因及控制措施，汽車工藝與材料，2010（9）31-34.

作者簡介：

李興陽（1982—），男，河南南陽人，吉林大學汽車工程學院汽車機械制造專業畢業，研究方向：白車身激光焊接技術及質量控制。

周麗（1981—），女，吉林長春人，長春理工大學碩士，研究方向：激光光學，物理學。