淺談車身頂蓋激光釬焊技術及質量控制

陳勇 仝輝 谷家坤 王知 張逸

摘要：白車身焊接是整車生產過程中的一個重要環節。本文介紹了激光釬焊技術在白車身側圍與頂蓋焊接過程中的應用。激光釬焊是以激光為熱源加熱釬料融化的釬焊技術。激光釬焊運用于白車身焊接，可以降低車身重量、提高車身的裝配精度，使車身的剛度提升從而提高車身的安全性。

關鍵詞：激光釬焊;白車身;焊接;質量

一、前言

在整車制造的工藝開發過程中，白車身焊接是其中的一道關鍵工序。目前，白車身焊接主要采用電阻點焊、MIG焊和MAG焊等焊接方式。在白車身焊接過程中，激光釬焊技術主要用于車身框架結構的焊接，例如車身頂蓋與側圍的焊接，激光釬焊運用于汽車，可以降低車身重量、提高車身的裝配精度，使車身的剛度提升從而提高車身的安全性。

二、激光釬焊的原理及技術特性

激光釬焊是以激光為熱源加熱釬料融化的釬焊技術。激光釬焊采用激光作為焊接熱源，機器人作為運動系統。激光熱源的優勢在于，它有著極高的加熱能力，能把大量的能量集中在很小的焊接點上，所以具有能量密度高、加熱集中、焊接速度快和焊接變形小等特點，可實現薄板的快速連接。

激光釬焊的關鍵在于合理的控制激光功率分配。激光束匯聚在釬料上，釬料溫度過高導致融化過快，而母材溫度不足使釬料不能很好潤濕母材，影響填充效果，釬縫成形變差。激光束匯聚在母材上，釬料溫度有可能過低，導致釬料流動性或活躍性降低，母材可能過熱融化，導致釬料直接進入熔池形成熔化焊，形成的脆性相也影響釬縫性能。

根據加熱溫度的不同，激光釬焊分為軟釬焊和硬釬焊。

釬料液相線溫度低于450℃的稱為軟釬焊。主要用于印刷電路板電子元器件的連接。采用激光輻射加熱集成電路引線，通過釬劑或預置釬料向基板傳遞熱量。當溫度達到釬焊溫度時，釬劑和釬料融化，基板和引線潤濕形成連接。激光軟釬焊集成電路多采用YAG激光器。

釬料液相線溫度高于450℃的稱為硬釬焊，主要用于結構鋼和鍍鋅鋼板的連接等。激光硬釬焊在有色金屬的連接上也有優勢。大多數有色金屬對激光的反射率較高，材料的熱導率較高，激光熔化焊需要較高的功率。激光硬釬焊銀、銅、鎳、金、鋁等有色金屬有良好的效果，釬縫組織細小，接頭性能良好。

三、激光釬焊的主要設備組成

激光發生器：用于激光焊接的激光器主要有CO2氣體激光器和YAG固體激光器兩種。激光發生器最重要的性能是輸出功率和光束質量。從這兩方向考慮，CO2激光器比YAG激光器具有更大優勢，是目前深熔焊接主要采用的激光器。設備選型時激光發生器應達到GB 7247—2012標準設計要求，輸出功率4-6kW，可持續穩定地輸出功率，在累計工作5萬小時內，輸出功率衰減量不超過1%，激光發生器電-光轉化率不低于30%。

送絲系統（含剪絲機）：一般要求具備推拉絲、速度監控、末端傳感器等功能。送絲速度的大小主要考慮釬縫填充和良好成形，送絲速度與釬焊速度應匹配，提高釬焊速度的同時應提高送絲速度。

機器人：焊接過程中的運動系統。焊接接頭形式的不同，對機器人的精度要求也有所不同。 搭接焊縫的激光熔焊和角焊縫的激光釬焊可以采用普通的焊接機器人，對于對接焊縫的激光釬焊和激光焊必須采用區別于常規機器人的絞臂式焊接機器人，通常配備焊縫自動跟蹤矯正系統。

工裝夾具 可以保證激光焊接時所連接板材或總成的精確定位，保證焊縫間隙，防止焊接變形，從而提高焊接及車身質量。

四、技術要求

1、產品結構要求

如圖六所示， R角要求：頂蓋折邊角a=30°～50°，側圍折邊角b=40°～50°，頂蓋R角R1=1.5～2.2mm，側圍R角R1=2.0～3.5mm。 頂蓋翻邊長度L=9.0～13.0 mm，頂蓋與側圍高差H=2.6～3.2 mm，頂蓋末端與側圍R角避讓間隙L=2～3mm。

2、沖壓件要求

頂蓋外板要求的輪廓度要求：整條焊縫0～0.6mm;每150mm內：0～0.3（每30mm取一個測點）;位置度要求：±0.4mm，每50mm取一個測量點;四個尖角：保證頂蓋四個尖角的貼合，要求Y向及Z向不允許有堆料。下部修邊線要保證頂蓋與側圍的良好貼合。

側圍外板輪廓度要求：整條焊縫0～0.6mm;每150mm內：0～0.3mm（間隙30mm，與頂蓋側量點一一對應）;位置度要求：±0.4mm，每50mm取一個測點，與頂蓋側量點一一對應;激光焊縫位置Z向±4mm范圍內，要求平整，過過渡均勻。

3、車身幾何尺寸要求：

側圍與頂蓋的貼合間隙需小于0.3mm。起收弧位置：機器人精度要求做的X±1 mm，Y±1.5mm，Z±2.0 mm;Y向開度：±1mm;頂蓋相對側圍的Z向高低面差：頂蓋與側圍的面差單側不均勻<1.5，左右面差不對稱在相同X截面<1.5 mm。

五、工藝方案

為確保生產質量，通常的車身頂蓋與側圍激光釬焊的工藝布局一般由：激光釬焊工位、打磨工位和檢查工位構成。

1、激光釬焊工位

激光釬焊工位：車身輸送系統將白車身骨架輸送至本工位，夾具夾緊，隨后1臺機器人將頂蓋抓手壓緊到位，另外2臺機器人完成激光釬焊，焊接完成后輸送至下一工位。主要設備及需求見下表：

2、打磨工位

本工位的主要功能有：去除焊煙，拋光及清除焊縫、焊渣等;

打磨形式：機器人柔性打磨，自適應頂蓋焊縫輪廓曲線;

粉塵收集：自動粉塵收集功能;

設備參數：工藝參數可實時在線調節，安全設定，實時報警，穩定輸出，質量可控。主要設備及需求數量見下表：

本工位一般為人工檢查工位，對焊接缺陷進行檢查、判定。激光焊接后焊縫處會存在缺陷：氣孔、弧坑。此類缺陷影會響車身質量，需要返修。

六、結束語

本文介紹了激光釬焊的技術特性，以及在白車身焊接（側圍與頂蓋）過程中對產品結構、沖壓件質量、車身尺寸的基本要求和工藝布局。隨著汽車工業技術的發展，激光釬焊技術將在白車身焊接過程中得到更加廣泛的應用。

參考文獻：

[1]李亞江，李嘉寧. 激光焊接/切割/熔覆技術. 超越激光. 化學工業出版社. 2012. 79-80.

[2]李斌，黃海，國莉，郭漣. 白車身車頂蓋激光焊接系統. AI汽車制造業. 2012-10.

作者簡介：

陳勇（1979，6-）男，職稱：工程師，研究方向：焊裝中長期規劃、新項目平臺開發總監及前沿技術研究。

仝輝（1983，10-）男，職稱：機械設計與制造工程師，研究方向：白車身焊接的工藝開發工作。