激光拼焊板在汽車車身制造中的應用

劉軍偉 翟雪 王曉寧

（長城汽車股份有限公司技術中心；河北省汽車工程技術研究中心）

汽車制造領域是當前最大規(guī)模使用激光焊接技術的行業(yè)，從汽車零部件生產(chǎn)到車身制造，激光焊接已經(jīng)成為汽車制造生產(chǎn)中的重要焊接方法之一。激光拼焊板是將不同表面鍍層、材質(zhì)及厚度的2 塊或多塊鋼板通過激光焊接方法拼接在一起成為毛坯件，然后在汽車制造廠沖壓制造成零部件。因其具有自由組合的性質(zhì)，可將不同的鋼板進行拼接[1]，作為激光焊接在汽車車身制造中的主要應用，實現(xiàn)了減輕車身質(zhì)量、增加車身剛度、減少車身零件裝配數(shù)量、提高裝配精度及降低汽車制造成本的目的。

1 激光拼焊板的應用

從20 世紀80年代中期開始，激光拼焊板作為新技術在歐洲、美國及日本得到了廣泛關注。激光拼焊板工藝主要為汽車行業(yè)進行配套服務，尤其在車身生產(chǎn)、制造和設計方面，激光拼焊板的使用有著巨大的優(yōu)勢。目前，由激光拼焊板生產(chǎn)的汽車車身零部件主要有前后車門內(nèi)板、前后縱梁、側圍、底板、車身兩側的A，B，C柱、輪罩及背門內(nèi)板等[2]，其中，門內(nèi)板應用此工藝最多，其次是前縱梁。

根據(jù)零件結構、功能及材料利用率等的不同，激光拼焊板的焊接形式，如圖1 所示。

2 激光拼焊板的應用優(yōu)勢

激光拼焊板在汽車產(chǎn)品上應用后，有效提高了整車的各項性能，并且在降低制造成本方面具有顯著的優(yōu)勢。采用激光拼焊板與傳統(tǒng)零部件產(chǎn)品制造工藝對比，其優(yōu)勢，如表1 所示。

表1 傳統(tǒng)零部件制造工藝與激光拼焊板工藝對比

為驗證產(chǎn)品結構性能，對由3 塊不同強度的鋼板沖壓成U 型梁的激光拼焊板進行碰撞試驗，如圖2 所示。要求發(fā)生碰撞時兩端潰縮吸能，中間保持原有形狀。從圖2 可以看出，碰撞后按照設計要求兩端潰縮吸收撞擊能量，中間基本無變形。

3 激光拼焊板設備的組成及工藝流程

生產(chǎn)設備主要由三部分組成。1）傳輸裝置:包括上料車、拆垛機器人、中轉機器人、下料機器人、磁性傳送帶、打淺坑裝置及堆垛機器人；2）激光焊接設備:包括定位工作臺及激光焊機；3）檢測設備:包括在線無損檢測設備及檢測機器人。圖3 示出激光拼焊線模型圖[3]。

主要工藝流程包括5 個方面。

1）料片生產(chǎn)。把金屬板材或者金屬帶材裁剪成預定尺寸及形狀的料片，一般使用開卷落料線和擺剪設備進行鋼板的裁剪，保證必要的裁剪精度及良好的切邊質(zhì)量。

2）上料工序。通過上料車、拆垛機器人及中轉機器人將料片放置到夾緊定位裝置。

3）加緊定位。經(jīng)過預定位工作臺和精定位工作臺的2 次定位，將料片準確定位，準備焊接。

4）激光拼焊。在激光拼焊時，既要保證良好的經(jīng)濟性，又要保證整個焊縫均衡，焊縫寬度等于原始材料的厚度并具有較好塑性，即沖壓形變能力，焊縫強度不低于被焊接材料中屈服強度低的材料的強度。

5）下料、焊縫檢測。通過機器人將焊完的板料抓起并豎立，待檢測機器人檢測完畢后，將板料放到磁性傳送帶。目前某些焊接設備具有在線不間斷質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，能夠在焊接過程中對焊縫位置、間隙、外形及焊接缺陷進行質(zhì)量檢測。對激光拼焊焊縫缺陷，可以用電磁聲學法（使用橫向偏振平面波）以及微焦點X 光透視等傳統(tǒng)方法檢測，也可以用光學攝像來進行外形與局部缺陷檢測。

6）打淺坑、堆垛及抽檢工序。激光拼焊完成后，由于板料有厚度差，為補償板料堆放時的厚度不同，在板料打上淺坑，堆垛時保證堆齊。板料打完淺坑由堆垛機器人完成板料的疊放。在需要進行人工檢測時，堆垛機器人可以將板料放到檢測墻上，人工將其從線內(nèi)移到線外，在全線不停機的情況下，進行人工抽查。在對拼焊板焊區(qū)質(zhì)量進行生產(chǎn)抽檢時，應主要檢測焊縫的強度及塑性，包括對焊縫及焊區(qū)物理力學性能的試驗。

4 激光拼焊板質(zhì)量要求

激光拼焊板焊接完成后易產(chǎn)生的質(zhì)量缺陷，如圖4所示。質(zhì)量控制標準為:上下凹陷深度不得超過薄板厚度的10%；上下凸起不能超過薄板厚度的20%；上下錯邊深度不得超過薄板厚度的10%。

激光拼焊板質(zhì)量試驗檢驗方法采用金屬杯突試驗檢測，圖5 示出金屬杯突試驗后的檢測結果。

5 結論

隨著汽車工業(yè)將減重、節(jié)能、減排及提高汽車被動安全性作為汽車的發(fā)展趨勢，激光拼焊板得到了大量應用。在白車身結構件上使用激光拼焊板，可以減輕車身質(zhì)量，顯著提高安全性能。在沖壓過程中,材料能得到合理利用，降低了廢品率，同時減少對沖壓模具、裝配夾具及焊接設備的使用，降低了制造成本。因此激光拼焊板的大量運用是汽車工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。