淺談車身頂蓋激光釬焊常見缺陷及控制方案

摘 要：目前中國汽車行業正處于高速發展階段，激光釬焊技術因其高精度、高效率、低熱輸入等優點，廣泛應用于車身頂蓋、落水槽和后蓋區域的焊接。本文系統分析了激光釬焊的原理及特點，介紹了激光釬焊系統及設備，以頂蓋激光釬焊為例，探討常見質量缺陷及控制方案，以期為相關應用提供參考。

關鍵詞：激光釬焊 質量缺陷 控制方案 汽車制造

1 緒論

隨著汽車輕量化和高強度材料應用的不斷推進，車頂與側圍連接技術逐漸由傳統電阻點焊、MIG焊等發展為激光釬焊。激光釬焊作為一種先進的焊接技術，利用激光束高能量密度實現高精度連接，在有效提高車身強度的同時，兼具美觀性和良好的密封性能。然而，由于激光釬焊涉及多個工藝參數和材料特性，生產過程中常出現質量缺陷，影響焊縫的力學性能和密封性。因此，深入分析激光釬焊質量缺陷的成因，并提出相應的控制措施，是提升車身制造質量的關鍵。

2 車頂激光釬焊工藝概述

2.1 激光釬焊原理

激光釬焊是通過高功率激光束作用于填充焊絲，使其熔化并潤濕母材表面，實現釬焊連接。通常采用銅基（如CuSi3或CuAl合金絲）或鎳基釬料，因其潤濕性好，能夠在母材表面均勻鋪展，從而形成致密的焊縫。釬焊過程中，激光束主要加熱釬料，母材溫度一般不超過熔點，因此母材不會熔化，僅通過釬料與母材之間的擴散作用形成連接。

2.2 車頂激光釬焊特點

在汽車制造中，車頂通常采用激光釬焊工藝與側圍或車身骨架連接。這種焊接方式的主要優勢包括。

（1）低熱輸入：母材不熔化，僅填充金屬熔化，減少了焊接變形和熱影響區。

（2）高焊接速度：激光釬焊焊接速度快，可達3-6 m/min，適用于汽車生產線的大規模應用。

（3）優異的焊縫質量：焊縫光滑美觀，提高了車身外觀質量。

（4）更高的車身強度：激光釬焊較傳統點焊焊接強度提高30%以上，減少車身在行駛過程的變形和異響，提升了整車的安全性能。

（5）更好的密封性能：激光釬焊焊接密封性好，車頂無需涂刷PVC密封膠及安裝密封條，同時也提高了車身的美觀度。

（6）適用于薄板焊接：由于母材不熔化，特別適用于汽車制造中0.6-1.2 mm的高強度鋼或鋁合金板材焊接。

然而，與其他焊接模式相比，激光釬焊設備投入成本更高，且由于激光焊接工藝的復雜性，其對車身零件匹配的要求特別高，對工藝參數的變化特別敏感[1]，對激光釬焊設備的穩定性要求特別嚴格，任何一個微小的變化都可能造成焊接質量缺陷。

3 激光釬焊系統及設備

激光釬焊系統主要由激光發生器、激光鏡組、送絲機構、機器人及控制系統組成[2]。

3.1 激光發生器

常用的激光發生器根據激勵介質的不同分為CO2激光器、固體激光器和半導體激光器。其中半導體激光器因光電轉換效率高、適合薄板焊接、經濟性高等優點，在汽車制造業中得到廣泛應用。

3.2 激光鏡組

激光鏡組的作用是將光纖傳輸的激光束進行耦合準直、聚焦，傳遞到加工區域，同時配有適用于焊絲自動輸送的導向[3]。從激光發生器發射的激光具有一定的發散角，通過激光鏡組的調節使得光束更加準直，能量更加集中。

3.3 送絲機構

釬焊填充金屬通常采用送絲系統進行供給，送絲精度對焊接質量影響較大。推拉式送絲機構可保證穩定的送絲速度和出絲的準直度。

3.4 機器人及控制系統

現代汽車制造采用六軸機器人集成激光釬焊頭進行自動化焊接，確保焊縫一致性，并提高生產效率。控制系統通過工業總線控制激光發生器、激光鏡組、送絲機構等系統的時序動作，完成整套焊接工作。

4 常見質量缺陷及控制方案

車頂激光釬焊的一些常見缺陷，有焊縫波浪、氣孔、凹陷、假焊、焊瘤和缺口等，以下進行逐一討論。

4.1 焊縫波浪

焊縫表面不平整（波浪）——肉眼查看焊縫表面粗糙，高低不平，用手觸摸焊縫表面不光滑。

4.2 氣孔

氣孔——內因：焊絲、零件本身的雜質、油污和鍍鋅層揮發導致；外因：空氣中的氣體高溫時滲入焊縫。

4.3 凹陷

凹陷——指焊縫中存在下塌情況，影響表面美觀及降低焊接強度，一般與頂蓋、側圍的匹配縫隙有關。

4.4 假焊

假焊（焊縫斷開）——最嚴重的質量缺陷之一，產生原因主要有焊縫處激光能量低、激光中止和焊絲卡絲等。

4.5 焊瘤和缺口

焊瘤和缺口——一般發生在焊縫起始端、結束端。主要由于始末兩端焊絲和激光開啟與關閉時間設置不合理導致。

4.6 燒穿

母材燒穿——最嚴重的缺陷之一，主要是由于高能量的激光直射鈑金表面所致。

4.7 鋸齒

焊縫邊緣鋸齒——最常發生的問題之一，產生的原因是由釬焊焊液浸潤性不足及打磨不良導致。

4.8 焊料飛濺

焊料飛濺——最常發生的問題之一，主要產生的原因為釬料受到輸入熱量過多、母材表面臟污。

4.9 表面過燒

表面過燒——最常發生的問題之一，主要產生的原因為母材受到的輸入熱量過多。

5 總結

隨著時代的發展、消費需求的提升，人們對于汽車性能和外觀有著更高的要求。車頂激光釬焊作為汽車制造中的關鍵工藝，因其高效率、高質量等優勢得到廣泛應用。通過優化預處理工藝、合理設置焊接參數、加強質量監控等措施可有效控制如焊縫波浪、氣孔、凹陷、假焊、焊瘤和缺口等常見缺陷。未來，隨著智能制造和人工智能技術的發展，激光釬焊的工藝控制將更加精準，為汽車制造業帶來更高質量的焊接解決方案。

參考文獻：

[1]章敏，龔文良，周宇斌.車頂激光釬焊常見質量缺陷及控制[J].汽車工藝師，2018（08）：46-51.

[2]馮振坡，國莉.轎車頂蓋激光釬焊焊縫缺陷原因分析[J].汽車工藝與材料，2014（10）：45-48.

[3]金豪，吳靜臻，滕飛.白車身頂蓋激光釬焊加工系統分析[J].汽車制造業，2019（9）：3.