激光釬焊系統在焊裝工藝生產線上的應用

龍全兵，趙景毅，王作兵

激光釬焊系統在焊裝工藝生產線上的應用

龍全兵1，趙景毅1，王作兵2

（1.奇瑞商用車（安徽）有限公司，安徽 蕪湖 241006；2.浙江零跑科技有限公司，浙江 金華 321000）

激光釬焊是常規激光焊接的擴展，是一種高質量和高精度的焊接方法。文章主要針對介紹焊接生產線激光釬焊系統的工藝原理、系統組成和工程應用，以及激光釬焊系統的特點和優勢。

激光釬焊系統；工程應用；常見的焊接缺陷

前言

在汽車制造業中，電阻點焊是最常用的焊接方法，但其工藝存在焊接飛濺大、電極帽使用壽命短、縫接搭邊量較大等難以解決的問題，而CO2焊、MIG焊、銅釬焊等焊接方法受電流電壓的影響很大，穩定性難以得到可靠保證。

近年來，激光焊接因其焊接質量較好、焊接的精度較高、同時焊接過程中產生的焊料變形較小，正成為金屬材料加工與制造的重要手段，越來越廣泛地應用在汽車制造等領域。

激光焊接是利用激光光束作為熱源將被焊接的金屬部件表面熔化后經冷卻結晶的焊接方式，有激光熔焊、激光釬焊等，激光熔焊與激光釬焊的區別在于：激光熔焊不需要填充焊絲，直接通過激光光束熔化母材，而激光釬焊需要填充焊絲來實現焊接，激光焊接在實際工程應用中，其優點主要表現在以下幾個方面：

（1）激光焊接的激光光斑較小，對于焊接板料的熱影響較小，焊接過程中對被焊接的板材產生的影響小。

（2）激光焊接的熱源較集中，焊接速度快，冷卻時間短，提高焊接效率。

（3）激光光束可以實現調整變換、方便各角度的焊接。

（4）可以實現質量更好、外觀更佳的焊接外觀。

（5）可實現對特殊材料的焊接，如合金材料、鋁材料、鈦材料等。

當然，激光焊接也存在一定的局限性，對于焊接的工裝夾具定位精度要求高、激光焊接相關設備投入成本高等因素在我國工業中的應用還相當有限，我公司已經在A5、艾瑞澤5車型部分車身板件采用了激光焊接技術，其成功應用已經顯現出它的特點和優勢。

1 主要焊接工藝過程

通過激光發生器將激光光束聚焦在焊接板材填充的焊絲上，通過激光光束的熱源將填充焊絲熔化形成金屬熔體，熔體流入下面板件之間的縫隙中，在合適的激光加熱條件下，熔體與板件間可以形成良好的冶金結合釬焊層，實現良好的連接，而板件本身則不會被激光的高溫嚴重熔蝕損傷。如圖1所示：

圖1 激光釬焊焊接工藝

2 激光釬焊系統的組成

我公司采用的激光釬焊系統由主控PLC、激光監控系統、激光焊接機器人、激光發生器、工裝夾具、循環水冷卻器及送絲機構等組成（見圖2），主控PLC控制激光機器人與工裝夾具的通訊連接，以及保證整個激光釬焊系統安全，激光機器人控制激光發生器、循環水冷卻器、送絲機構相關操作，保證各機構能夠按照系統要求進行送絲、焊接及冷卻。

圖2 激光釬焊系統的組成

2.1 主控PLC

采用SIEMENS-S7-300，具有模塊化、便于操作者掌握，對于不同的控制任務可以靈活、自由擴展。

2.2 激光焊接機器人

采用FANUC-M710i工業機器人，使用微處理器和新一代交流伺服電機，控制器內部設置相關的函數編程，可以通過機器人內部設置的函數計算得出焊接時的送絲速度以及調整激光光束功率，具有多個通訊接口。

2.3 工裝夾具

采用日本FUJI公司開發工裝夾具，工裝夾具定位通過PLC進行控制，能提供足夠空間進行焊接操作和外觀質量觀察，方便焊件裝配及拆卸，工裝夾具的定位、夾緊裝置采用通用化、標準化部件，方便后續的更換及維修。

2.4 激光發生器

采用德國TRUMPF公司激光發生器，由YAG晶體工作物質、燈泵浦源和諧振腔組成，輸出功率高，即能夠滿足焊絲的熔化需要，又能對焊接板件預熱，從而實現焊絲與母材較好的熔合，形成美觀的焊縫。（見圖3）。

圖3 激光發生器

2.5 循環水冷卻器

采用日本ORION的循環水冷卻器，對激光發生器進行有效冷卻，使激光發射器溫度有效控制在180℃左右。

2.6 送絲機構

該機構CON5接口、CON7接口和CON2接口與激光機器人建立通訊信號，根據相關通訊信號選擇送絲。

3 工程應用

廠家推薦的相關理論參數并不完全能夠適用于現場實際操作，需要根據實際需要進行調整及反復驗證，使激光光束焦點及光斑直徑匹配到合適的范圍。

這里以我公司A5車型的行李箱蓋總成激光釬焊工藝為例介紹激光焊接的優勢和價值。A5系列車型的車身焊接板件采用的是冷軋低碳鋼板（厚0.8～1mm），釬焊焊絲采用φ1.2 mm的硅青銅合金焊絲（CuSi3）。

根據現場生產實際需求，為了達到最佳的送絲速度及焊接外觀質量，激光光束焦點及光斑直徑等參數經反復調試驗證，目前我公司激光的焦點設定于板件上方12mm處，焊絲緊貼板件送入，光斑直徑約為3mm，焊絲直徑為1.2mm，即保證了工作效率又滿足了焊縫外觀質量要求。

4 激光常見焊接缺陷及原因

4.1 焊縫偏離/偏斜

焊接板件間間隙超差、送絲速度過慢，送絲不暢或者速度設置過低、控制器的電纜線束壓迫或者牽扯、激光光束與焊絲位置不對中等因素影響。

4.2 焊縫表面高低不平

導絲嘴磨損造成出絲抖動、激光功率不足、激光焊面有凹凸不平等因素影響。

4.3 氣孔

焊件表面清潔不良、激光頭上的壓縮空氣、夾具上壓縮空氣漏氣等因素影響。

4.4 塌陷

激光功率過大、送絲速度過低、機器人速度不均勻等因素影響。

4.5 起收弧焊瘤、燒穿

起收弧點的位置出現偏差、激光延時、送絲延時是否合理匹配等因素影響。

4.6 焊接中斷

激光源錯誤和激光程序號丟失、焊絲堵塞、送絲速度傳感器故障等因素影響。

5 結束語

激光釬焊屬于激光焊接工藝一種，對于提高車身焊接質量、自動化、柔性化生產，大幅提高工作效率方面發揮重要作用，得到越來越多汽車生產企業的青睞。

Application of Laser Brazing System in Welding Process Production Line of Automobile Manufacturing Industry

Long Quanbing1, Zhao Jingyi1, Wang Zuobing2

（1.Chery Commercial Vehicle(Anhui) Co., Ltd., Anhui Wuhu 241006; 2.Zhengjiang leapmotor technology Co., Ltd., Zhejiang Jinhua 321000）

Laser brazing is an extension of conventional laser welding. It is a high quality and high precision welding method. This paper mainly introduces the process principle, system composition and engineering application of laser brazing system in welding production line, as well as the characteristics and advantages of laser brazing system.

Laser brazing system; Engineering application;Common welding defects

U466

A

1671-7988(2019)13-209-03

U466

A

1671-7988(2019)13-209-03

龍全兵（1983-），男，就職于奇瑞商用車（安徽）有限公司，從事汽車整車制造技術、工藝、質量工作/研究。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.13.070