激光焊接技術在汽車頂蓋的應用

張澤茜 魯寧

【摘 要】激光作為焊接光源，具有能量密度較高的特點，并且焊接和切割速度快，它的加熱范圍較小，激光焊接的形變量小和深寬比大，焊縫較窄，激光加工的熱影響區域窄，廣泛應用于白車身制造領域。本文對激光焊接工藝進行了簡要敘述，并對頂蓋激光釬焊組成、零件搭接結構及與傳統焊接的優缺點進行了詳細闡述，為激光焊接技術在汽車頂蓋上的應用提供參考。

【關鍵詞】汽車頂蓋；激光焊接；搭接方式

前言

激光焊接技術從上世紀80年代起，運用于汽車車身制造領域中。激光焊技術的應用是光學與金屬學的融合，在薄板焊接領域開辟了新的技術。激光作為焊接光源，具有能量密度較高的特點，并且焊接和切割速度快，它的加熱范圍較小，激光焊接的形變量小和深寬比大，焊縫較窄，激光加工的熱影響區域窄，廣泛應用于白車身制造領域。近年來，激光焊接設備成本逐漸降低，進而使白車身激光焊接技術得到了推廣，在汽車制造的各個領域激光焊接技術得到廣泛的應用，成為汽車激光焊接領域的新發展方向。

本文對激光焊接工藝進行了簡要敘述，并對頂蓋激光釬焊組成、零件搭接結構及與傳統焊接的優缺點進行了詳細闡述，為激光焊接技術在汽車頂蓋上的應用提供參考。[1]

1.激光釬焊工藝

激光釬焊是激光焊接技術中的一種焊接方法，由于激光能量密度大，可以作為熱源，將焊絲材料熔化，激光光速經過聚焦后照射在焊絲表面，在機器人的牽引下，將熔化了的焊絲材料浸潤到被焊接的工業零件上，已經被激光熔化的焊絲填充到要焊接的生產工件之間，使生產工件間得到很好的結合，完成激光焊接工藝。

在激光釬焊工藝中，整個焊接系統的焊接速度很快，而且焊縫比較狹窄，對外關也有很高的要求，焊接系統對焊接參數要求精確，同時對焊接工藝中的送絲速度較精確，對平穩性要求也很高。

激光釬焊時釬料的選則也很重要，要求解約成本，符合設計要求，要結合目材的性能，達到激光釬焊的加熱調件。這就要求所選用的釬料要有合適的熔點，它的成分要均勻，穩定性要好，并有良好的潤濕性，釬料與目材結合的牢固，具有激光熱源的性質，符合節約成本的要求。

2.激光釬焊的優點

激光焊接技術中的激光釬焊具有很多優點，在工業生產中，進行激光釬焊的母體材料本身并不熔化，僅僅是使選用焊接釬料熔化，這樣可以焊縫表面非常的光滑，使生產工件的外形更加美觀，其密封性也比較好，使工件的焊接區域得到了大大的加強，提升了安全性能。

熱量輸入很小、焊縫深寬比大，熱影響區小導致工件收縮和變形很小，無需焊后矯形；焊縫強度高、焊接速度快、焊縫窄且通常表面狀態好，免去焊后清理等工作；焊接一致性、穩定性好一般不加填充金屬和焊劑，并能實現部分異種材料焊接；光束易于控制，焊接定位精確易于實現自動化；非接觸加工，不需對工件加壓和進行表面處理；焊點小、能量密度高、適合于高速加工；短時間焊接，既對外界無熱影響，又對材料本身的熱變形及熱影響區小，尤其適合加工高熔點、高硬度、特種材料；無加工噪音，對環境無污染；可通過光纖實現遠距離、普通方法難以達到的部位、多路同時或分時焊接；很容易改變激光輸出焦距及焊點位置；很容易搭載到自動機、機器人裝置上；與其它焊接工藝方法比較激光焊接的前期投資較大；被焊工件裝配精度高，相對而言對光束操控的精確性也有較高的要求；由于飛濺大，穿透焊的焊縫相對于釬焊更粗糙，但是強度比普通點焊要強得多。

3.激光釬焊的局限性

在實際工業生產中，在激光焊接過程中，工件間的焊縫質量缺陷依然會出現。它受到很多因素的影響，例如操作空間狹小，設備陳舊老化，焊接過程軌跡設計不合理等。

激光釬焊中容易出現氣孔，例如母材表面不夠清潔，鏡片的損耗度大，釬焊絲與激光束交點相對位置發生改變等，焊縫表面都會出現不同狀態的氣孔；焊接過程中出現熔焊型焊縫，它要受到送絲機構穩定性的影響，受到送絲過程中釬焊絲剩余多少的影響；容易出現焊縫單邊焊，在進行工件間的焊接前，激光束與導嘴處焊絲的相對位置發生偏移，最終只能導焊絲與板件單邊接觸，不能在生產工件的焊縫間隙內潤濕和鋪展；焊縫開始或者尾端，釬料沒有填滿焊縫，或者釬料伸出焊縫表面；被焊接的板件被激光燒穿，受到機器人故障的影響，冷卻水溫度的影響；容易出現激光熔焊與激光釬焊共存的現象，受送絲機構中釬焊絲剩余量多少的影響，受到送絲機構穩定性的影響。

4汽車頂蓋激光焊接應用

汽車工業中的激光焊接技術在往往應用在汽車的白車身焊接上。因此，利用激光焊接技術不但可以使汽車車身的抗沖擊性得到改善，還可以使得車身的抗疲勞效果増加，進而提高汽車的品質。而汽車的激光焊接往往是通過計算機或PLC進行控制的，所以靈活性以及控制的機動性較高。比如汽車頂蓋應用激光焊接技術不單單具有較高的效率，還具有一定的經濟性，并在抗腐蝕、強度及外觀質量等方面表現出巨大的優勢。

4.1激光頂蓋釬焊的系統組成

汽車頂蓋激光焊接系統中激光發生器需要在使用的過程中配合冷卻系統，騎在工作的過程中會產生一定的激光，并經過耦合之后生產具有規定波長的激光束，進而配合焊接。激光焊接接頭是在傳輸焊接激光后，使其經過光頭校準處理，并使得其成為具有一定加工性能的激光束。焊接系統中的機器人系統主要承擔焊接軌跡行走的作用，同時對焊接中的參數進行合理的調節，并給出準確的電氣信號。PLC控制臺是焊接系統的司令部，其主要對焊接系統中的各個電氣進行實時的處理，并對機器人進行協調和處理，同時實現自動化系統的信號交換。

4.2頂蓋激光釬焊銀金搭接方式

相較于電阻點焊的側圍和車頂分別作翻邊用于連接，激光軒焊車頂連接為滿足激光釬焊的焊接工藝要求，激光軒焊車頂連接為滿足激光釬焊的焊接工藝要求，車頂和側圍連接某一剖面處形成點接觸，整個接觸區域形成線接觸。由于零件制造公差、壓緊工裝和車頂自重等，導致車頂易下沉。為了克服車頂下沉被周邊搭接面頂起，將頂蓋和側圍接觸面左右形成倒梯形，吸收頂蓋下沉的容差，達到造型的光順、車頂和側圍能有效接觸和滿足制造工藝需求，同時也獲得良好的外觀質量。

側圍與水平方向的夾角，保證車頂和側圍之間足夠接觸；車頂和側圍5°夾角，確保車頂和側圍有一個正切直線接觸；圓角半徑：圓角的最小要求，為了提高整車的外觀表現，減少焊絲的填充，降低成本；圓角半徑：造型要求一個連續特征線穿過車頂和風窗玻璃；執行楔型塊需求平面，造型要求一個連續特征線穿過車頂和風窗玻璃。焊接平面需求，焊接搭接面需要連續，這個特征確保焊接搭接面為-平面，不允許出圓角，保證l.5mm交叉平面；ll.5mm平面要求，確保車頂和側圍的接觸；模具成型約束：折彎邊。

4.3焊接過程需要做到四點合一

為了使得激光雕自動系統的工作更加的安全、穩定、可靠，使得自動化焊接系統中的機器人TCP點、激光焦點、焊絲端點、十字光標中心，四點合一。這樣才能提高激光頂蓋釬焊的系統的作業效率及焊縫質量。

結語

激光釬焊焊縫外觀質量良好，焊縫均勻、平整光滑，外形美觀，激光焊接不僅有著焊接效率高，外成形美觀，熱影響區域小及精度高等一系列優點，更重要的是它大大增強了車身焊接強度。提高了汽車的安全品質。我們需要對激光釬焊降低運營成本降低方面進行進一步的研究。可考慮研發更低成本的焊絲替代現有的CuSi3焊絲，或者研究合適的鈑金搭接方式及焊接參數取消焊絲，這樣激光焊接技術可以更廣泛的應用在汽車行業當中。

參考文獻：

[1] 周麗.汽車頂蓋激光焊接釬焊研究[J].科技傳播，2012，（21）：81+87.

[2] 蔣偉光，熊志明.淺議激光焊接在汽車頂蓋的應用[J].時代汽車，2016，（12）：58-59.

[3] 湯旭東，徐平.汽車車身制造的激光焊接應用[J].自動化博覽，2012，（03）：48-51.

（作者單位：長城汽車股份有限公司）