影響白車身頂蓋激光釬焊焊接成型質量的關鍵因素

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量的影響；根據量產觀察和常發質量故障分析，鎖定了影響焊接成型質量的關鍵設備及因素。結果表明：釬絲實際直徑在1.15-1.21mm內，焊縫填充效果最好、焊道強度最優；焊縫需控制在0.3mm以內，避免缺陷形成、焊接失效：激光鏡片和送絲軟管易受污受損，導致焊接參數波動、影響焊接質量。

關鍵詞：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生器產生激光，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、連接頂蓋與左右側圍的作用。頂蓋激光釬焊具有焊接熱影響區小，焊接過程穩定、焊道強度大，生產效率高等特點，經過了多年的發展，焊接工藝與配套設備已十分成熟可靠，現已成為頂蓋與左右側圍連接的主要工藝方式。

根據車身外觀質量設定，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量有著極高的要求。在配套設備品牌固化、工藝布局及工藝流程逐漸同化的今天，實際生產過程中影響頂蓋激光釬焊焊接成型質量的因素往往僅僅集中在某些關鍵項中。本文從工藝和質量控制角度出發，結合某SUV車型頂蓋激光釬焊從工藝規劃到量產實現的項目開發經驗，討論影響激光釬焊焊接成型質量的關鍵因素。

2 頂蓋激光釬焊焊接簡介

2.1 產品結構

該車型頂蓋與左右側圍外板為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，激光發生器和送絲機先后關閉，機器人回到原點，焊接完成。

2.2.3 激光釬焊返修：激光釬焊成型質量必須經過100%檢驗確認，對于焊接缺陷，需評估返修時間，在不影響線體生產和節拍達成的情況下，執行線上或線下返修。

2.3主要設備

激光釬焊配套的主要設備見下表1。

3 頂蓋激光釬焊焊接質量控制

在送絲速度V2、焊接速度Vh及釬絲直徑D均確定的情況下，單位時間內焊縫填充量V-（ D/2） 2*TT *V，*Vh，（理想狀態，釬絲直徑、送絲速度和焊接速度均穩定無變化），即影響焊縫有效填充量的關鍵因素：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在焊道外觀質量上（如斷焊空缺、焊瘤堆積等缺陷），因此，絕大部分的質量缺陷都與焊縫有效填充量相關。

3.1 釬絲直徑對成型質量的影響

焊接速度和送絲速度由設備的穩定性決定，在調試完成時，參數固化；經連續生產監測，非設備故障情況下焊接速度和送絲速度穩定性極高，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過程中焊接成型質量的最主要因素。為研究釬絲直徑對焊接成型質量的影響，現設置一定直徑梯度的釬絲進行焊接實驗。釬絲直徑規格和焊接成型質量見表2。

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

焊道寬度和焊深為激光釬焊成型質量的重要指標，金相檢測示例見圖3；拉伸強度參考許用應力計算方法，規定“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”，實驗結果見圖4。

通過以上實驗可知，當釬絲直徑波動范圍在1.15-1.2lmm內時，填充量充足、焊接成型質量和焊道強度最好。

3.2焊接縫隙大小對成型質量的影響

當單位時間內焊縫填充量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，設置不同梯度的焊縫進行批量試焊驗證，實驗數據及結果在表4中列出。 試焊效果見圖5、圖6、圖7，可以發現：①焊接縫隙在0.3mm以內，焊接效果最好；②焊接縫隙在0.4mm以內，焊接成型質量可以接受、無需返修；③焊接縫隙大于0.4mm，激光釬焊成型質量變差，隨著焊縫的增大，焊接將逐漸失效并無法實現。

3.3 設備因素對成型質量的影響

經過長時間的生產觀察和質量故障分析，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原因，兩者不可量化管理，需根據耗材壽命，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，導致斷焊漏焊、局部燒黑等缺陷產生。

3.3.2 送絲軟管磨損度：送絲軟管經長時間的抽絲、送絲，內壁將逐漸磨損，影響送絲速度，導致斷焊漏焊等故障產生。

4結語

當釬絲理論直徑為1.20mm、焊接縫隙設計寬度為0.3mm時：

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

4.2 焊接縫隙在0.3mm以內，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過程中造成焊接缺陷的常發原因，必須嚴格監控。