浅谈汽车白车身激光焊接质量影响因素及控制对策

门平+王帅

[摘 要]激光焊接是利用高辐射强度的激光束，经过光学系统聚焦，对工件加工部位施加高温进行热加工的技术。与传统的焊接方法相比，激光焊接生产效率高和易实现自动控制的特点使其非常适于大规模生产线和柔性化制造。其中，激光焊接在工程车辆制造领域中的成功应用可大大提高生产效率和产品质量，已经凸显出激光焊接的巨大优势。但是，由于汽车激光焊接过程的复杂性以及众多的影响因素，当出现加工质量下降时，无法用一个概括的原因来进行解释。本文论述了激光焊接的基本原理和各种焊接方式的特点及焊接接头形式，分析了激光焊缺陷的种类及影响激光钎焊质量的因素，介绍激光焊质量检测的手段和方法及评价标准、激光焊的安全防护措施及其发展趋势。

[关键词]汽车；激光焊接；缺陷

中图分类号：TG456.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）15-0257-01

0.引言

在近几十年的时间里，激光应用技术得到了飞速的发展。德国大众汽车制造厂早在20世纪80年代就率先采用激光焊接白车身顶盖与侧围、侧围、车门等钣金焊接。激光作为一种优异的材料加工热源得到了越来越广泛的应用，其范围也日益广泛。从电子工业到机械制造领域，激光加工技术变得越来越成熟。在汽车制造领域，激光加工技术得到了广泛的应用和发展。其中激光熔焊、激光钎焊技术正是在白车身制造的推动下开发出来的一项新的连接技术。

1.汽车白车身的激光焊接原理

汽车白车身的焊接是汽车生产过程中的一个重要环节，白车身的焊接质量直接关系到整车的质量和使用寿命，关系到车主的人身财产安全，因此在焊接过程中，一定要保证白车身的焊接质量，只有这样才能从根本上保证白车身质量。激光焊接技术就是利用激光束作为能源照射所要焊接的地方，使所要焊接的地方产生热量以此对白车身进行焊接。这是因为激光了易产生极高的热量，同时激光束也可以集中在一点上，产生更好的焊接效果。现阶段，激光焊接主要有两种基本方式，一是传热焊接，二是深熔焊接。传热焊接法是焊接时白车身金属材料吸收激光产生的能量，通过热传递方式使将热量由表面传递给金属内部，焊接时表面和内部金属熔化，形成一定量的熔液，熔液凝固后将两个部件连接在一起。深熔焊接法是，材料表面吸收激光气化，熔化的金属在气化产生的压力下被挤到周围，形成一个小孔，这样随着激光在焊接件上的移动熔化的金属会回流到小孔中，最终将两部分焊接在一起。

2.激光焊接的功能和特点

某品牌汽车是国产技术领先、品质优良的高档豪华轿车，是高科技的结晶。主焊线白车身的侧围与顶盖的焊接采用激光焊，使白车身的焊接质量大幅度提高，为该汽车公司生产品质卓越的高级轿车提供了保证。以该车型为例，具体说明其特点：

2.1激光熔焊及激光钎焊的特点

（1）激光熔焊的特点。a.功率密度高，加热集中，焊缝热影响区小；b.获得较小的焊缝宽度；G直线性好，可以焊接一般焊接方法难以达到的部位，传播距离长；d.可以焊接难熔的材料；e.一台激光焊机可以用于多个T位的焊接；f.激光对焊接接头具有“净化作用”，使焊缝金属强度高、韧性好、机械性能好；g.激光焊的缺点是有焊缝腐蚀的危险；h.激光焊接动作均由机器人完成，实现了精确定位的同时，也使得生产时间缩短30%。（2）激光钎焊主要特点。a.激光钎焊焊接速度快，噪声小；b.可精确调节和控制热输入，热影响区和变形小，可以焊接特殊结构；c.可钎焊几何形状复杂的工件；热输入更低，镀锌层烧损更少；d.焊缝成形美观、质量稳定，焊后仅需简单处理甚至无需处理；e.通过外光路系统可以使光束改变方向和传播路径，因而可以方便的与机器人连接构成柔性加工系统；f.由于在激光填丝钎焊时被连接件问的间隙被渗透.焊缝具有防腐性。当采用适当的工艺参数，焊缝可不经处理进行油漆。

3.影响激光钎焊质量的因素影响

3.1主要缺陷。（1）毛孔：正常的毛孔（比微小毛孔大）的直径最大不超过1.0mm。当毛孔的直径小于0.2mm时就是微小毛孔；当毛孔的直径大于1.0mm，就被称为空洞。（2）熔焊型焊缝：在焊缝中没有焊料，焊缝的样子就像是激光熔焊焊缝。（3）低劣的焊料连接：焊条未在加工件的侧面连接起来。在焊缝连接的位置处，焊缝看起来“散成一缕缕的”。（4）焊料的单面连接：焊料只与一个侧面连接了起来。（5）香肠现象：加工件没有连接起来，在焊缝处焊料笔直地伸展堆积。（6）焊缝不规则：焊缝塌陷或凸起。（7）鳞状堆积：焊缝表面不光滑，显得很粗糙。（8）焊缝开头/焊缝结尾问题：在加工件的边缘会出现焊缝填充不足或过剩的现象，或者是在轨迹上发现有未熔化的焊条残余。

3.2白车身生产中质量缺陷产生的可能原因

（1）激光设备的原因：脏了的保护玻璃镜片或激光器中老化的弧光灯都会降低激光的功率。（2）激光的焦点位置不正确。当激光焦点的直径太小时，太多的激光能量被集中在焊条上，因此使焊料变得过热，而同时加工件的侧边却没有得到足够的加热，这样焊料就不容易流到加工件的缝隙中去。而激光焦点的直径太大时，激光能量不集中，焊不牢。（3）焊条的原因：焊条预热温度错误；焊条材料合金成分改变（这样就有可能不符合加工要求）；焊条引导的速度不恒定或是与激光设备加工头速度不相符。（4）其它辅助设备的原因：由于熔液的凝固而引起的气体分子的泄漏。由于程序给定错误的进给速度或是机器人速度出现波动。（5）间隙尺寸：被焊接零部件之间的间隙尺寸超过激光设备要求。

4.汽车激光焊接的质量控制对策

（1）设备保养。在汽车激光焊接的质量缺陷及影响的因素中，提到了大多数质量缺陷都是由于设备故障造成的，因此日常的设备保养和维修显得尤为重要。以下总结了激光设备保养的几个要求：每天检测保护玻璃镜片，对损坏的镜片及时更换。每天需清理夹具的焊接飞溅残留物并紧固夹具的固定螺栓。每周检查激光器中的弧光灯，及时更换老化的弧光灯。对一些辅助设备例如机器人、送丝机构等等都需进行一些日常保养。（2）焊接工件的尺寸精度要求。激光焊对焊件装配精度要求也非常高，如工件装配精度或光束定位精度达不到要求，很容易造成焊接缺陷，所以良好而精确的夹紧技术是激光焊接的保证。普通焊接对被焊接零件间的配合间隙要求在2mm左右，而激光焊接理想的情况是配合间隙越小越好，通常在白车身生产中以被焊接零件间的配合间隙0.2mm来控制。（3）白车身功能尺寸的质量控制。根据现场白车身激光焊接质量控制经验，成立一个尺寸小组对影响激光焊接质量的关键尺寸进行监控是很有必要的。尺寸小组由测量部门、生产部门、质保部门、样板部门组成。小组成员定期召开尺寸会议讨论并解决出现的尺寸偏差。测量部门需每天对关键尺寸进行测量并提供相应的报告，生产部门需及时的反馈信息，质保部门对产生的质量问题进行判定，并协同样板部门制定解决方案。激光焊质量检测手段为了保证焊缝质量，该公司采用多种方法进行检验，并制定详细严格的返修计划，以确保白车身的强度。

5.激光焊未来发展趋势

随着激光焊接技术的不断成熟和普遍使用，在将来有着更高稳定性和高效率的激光焊接技术会不断出现，机器人自动化焊接系统就是其中之一。利用机器人对白车身进行焊接作业，大大提高了焊接质量，提高了生产效率，避免了焊接过程中会出现各种问题，节省了大量的人力、物力、财力，推动激光焊接技术不断走向自动化、信息化，更多经济高效地激光焊接技术的出现会推动汽车产业的快速发展。总之，随着汽车产业和焊接技术的不断发展，激光焊接技术会越来越多地应用到汽车生产领域。我国必须不断紧跟世界发展脚步，在汽车生产领域推广激光焊接技术的应用，增强我国汽车的国际竞争力，推动我国汽车产业的快速发展。