汽車縱梁加強件用激光拼焊板開裂問題研究

江聚寧

摘 要：汽車前邊梁左右件為激光拼焊件，在實際沖壓使用中，沖壓第一序深拉延工序存在偶發開裂現象，為薄板側靠近焊縫處，嚴重時裂口延展至零件表面，造成零件報廢。通過分析激光拼焊板的原材料性能波動、沖壓模具設計、激光拼焊板品質問題等確定了開裂的原因，并提出有效的整改措施。通過網格分析檢測確認此次改善效果完全滿足現有生產要求。

關鍵詞：汽車縱梁加強件；激光拼焊板；開裂因素

引言

激光拼焊板技術是利用激光將不同厚度、不同材料及不同表面涂層的鋼板拼接在一起，可以為提高車身強度、降低汽車重量、減少汽車制造和運行成本提供顯著成效。目前，國內外激光拼焊板的應用已經相當成熟，傳統方式可以將激光拼焊板按照材料厚度、強度級別以及拼焊方式的不同分為：同厚度不同強度、不同厚度同強度及不同厚度同等強度三類。

車門內板是汽車上典型的形狀復雜、拉延深的零件，發生開裂主要與激光拼焊板表面狀態、

力學性能、焊接強度以及零件的模具狀態等有較大關系。

1.激光拼焊板開裂因素

聚焦零件沖壓開裂，協同用戶排查，經整理，主要因素以下幾點。

1）原材料性能波動。

2）落料坯料品質問題：落料件外形尺寸確認左、右前邊梁采用專用落料模，每批次結合落料件斷面質量對模具刃口進行點檢和保養。通過每批次抽檢，外形尺寸與標準樣板在公差±1mm范圍內，平坦度≤2.0 mm，毛刺≤0.13 mm。

3）激光拼焊板品質問題：拼焊件外形尺寸確認。焊接采用專用夾具，夾具與拼焊件采用輪廓定位，誤差1mm；焊接工藝技術，在焊接起始時存在時間差，焊接的開始和結束端有1MM收弧口產生。通過夾具調整，使其中一邊對齊，另一側人工打磨消除錯邊。每批次按標準樣件和檢測要點檢查并記錄，發往用戶現場實施抽檢，確認外形尺寸與標準樣板在公差±1mm范圍內，達到用戶送貨標準?？煞乐挂蚱春讣庑屋喞叽绯?，引起的沖壓零件開裂。

4）沖壓設備精度：焊縫性能杯突實驗。杯突實驗：激光拼焊板生產線體裝有超聲波檢測儀，用于檢測焊接位置的漏焊、缺焊等缺陷，檢測設備精度高、確認快，可以將廢品率控制在 0.5%。為了確認激光拼焊板的焊接強度能否滿足縱梁加強件的拉延深度，此次隨機抽取兩張激光拼焊板進行杯突試驗，杯突試驗是評價金屬薄板成形性的試驗方法，經常用于檢測激光拼焊板的焊接強度。從測試效果來看，兩張激光拼焊板在薄板熱影響區以外發生開裂，并且開裂方向與焊縫平行，滿足生產使用要求。

針對前期對用戶兩個廠區不同模具網格實驗的成型工序件進行對比，1號廠區的工藝補充面較2號廠區工藝補充面有差異。結合實際產線和模具狀態，在用戶沖壓技術科支持和協調中，對1號廠區壓機閉合高度調整試做。（+50mm、+30mm、+15mm）沖壓，閉合高度+15mm左右材料發生開裂，模具閉合材料壓緊（此區域與焊縫位置較接近，約20mm位置）影響材料流動，導致深沖工序材料開裂。調試結果：通過1號廠區800T半自動沖壓線記錄，紅色圓圈區域工藝補充面較集聚，設備穩定性較差于2號廠區全自動穩定性。產線精度是要因。

5）模具精度：沖壓模具。針對1號廠區的產線和模具狀態，對沖壓1號廠區沖壓模具跟蹤，改善模具狀態。調整沖壓機到底成型壓力；調整壓邊圈的平衡塊間隙；PB工藝補充面依2號廠區變更；對PB.PD成型鋼塊表面TD涂層部分失效，進行拋光。調試結果：通過1號廠區調試記錄，紅色圓圈區域工藝補充面依然偶發焊縫邊部的母材開裂。模具設計是沖壓開裂的要因。

6）沖壓工藝。

為了能夠了解沖壓后零件的真實狀態，在生產過程中隨機抽取一個零件進行網格分析。網格分析用于測量實體零件減薄率，其分析結果可以清晰認識零件減薄率的分布情況。

網格成形極限分析：在本工況條件下區域A由于材料力學性能波動、沖壓工況差異等因素影響下，第一工序已發生開裂現象。實驗結果：通過厚度應變和網格應變實驗，紅色圓圈區域安全裕度為10%，處于臨界區域邊緣，其他區域內的測量點均位于安全范圍內。模具工藝：前期模具整改期間提出，模具工藝的合理性。參與用戶技術部門、模具保全商討模具工藝合理性。模具設計中沒有設置焊縫端部的切邊工藝，因拼焊板的拼焊裝夾誤差和零件公差，疊加在拼焊后有1mm的錯邊和收弧口。此處的缺陷在成型時有偶發焊縫開裂和整車焊裝超差。通過對全工序模具檢討，PB成型模有多處優化空間，后工序模具增加焊縫端部切邊無空間。與東風日產相關部門對增加焊端切邊的工藝檢討打合：考慮模具能力及潛在風險，暫不增加切邊工藝。

2.對策

2.1 確定方案

通過前期要因確認，積極協同用戶沖壓技術科的沖壓試做。

1、PB成型模具鑲塊新制，包括工藝造型變更，鑲塊TD處理；

2、用戶1號廠區對沖壓線PB工序沖壓機更換；

3、更換落料模老化鑲塊；

4、由2016年同期焊縫開裂率0.6%降至0.3%。

2017年6月底，結合調查結論，對用戶提出改善方案：不在現在基礎上增加模具改造風險前提下，提出在厚板落料邊線增加工藝缺口的方案，一并與用戶研發中心評估該零件可實施的改善方案。結合零件數模，通過CAE仿真分析，初步確定落料模邊線的優化方案。

2.2 實施方案

在前期采用激光切割C型工藝口后，試做效果明顯。

經過前期激光切割試做的檢測報告，重新優化落料邊線。對落料刃口線的鑲塊進行了新制。通過落料試制成功后，后序批量生產一個月。

2017年9月、10月開始試量產供貨，前邊梁批量試作不良率為0.01%，比2016年0.73%不良率下降0.72%

2.3方案效果

通過此次方案的實施，解決了原先零件成型工藝設計不合理及模具狀態老化，產生的焊縫開裂、邊部暗裂品質不良；

改進后提高左、右前邊梁成材率0.72%，用戶每年左、右前邊梁使用量約108萬片，其經濟效益每年約：1，080，000x0.72%X62.36=48.5萬元，該零件為長期使用零件，預計生命周期10年，項目總效益485萬元。

3.結論

前邊梁成型工藝優化項目通過技術協同，最終實現在為客戶解決“老大難”質量問題的同時，提升了零件成材率，同時為類似零件的前期設計提供了參考方向。

參考文獻

[1]田樹偉，孟華，王志楠，黃曉東.激光拼焊板沖壓成形中焊縫開裂原因分析與避免措施[J].模具工業，2015，41（07）：68-71.

[2]龔紅英，徐培全，黃金湘，姚華.汽車左縱梁加強件拉深成形性研究[J].模具技術，2008（04）：6-9.

[3]侯明明.對EQ140汽車縱梁加強板的功能分析與改進[J].二汽科技，1985（05）：7-10.

（作者單位：廣州花都寶井汽車鋼材部件有限公司）