白車身激光釬焊檢查與返修方法

張旭東 方曉明

（浙江吉利汽車有限公司梅山工廠，寧波 315832）

1 前言

近年來，越來越多的新技術引入到汽車行業(yè)內，各大汽車主機廠也在其中尋找“四高兩低”的新型連接工藝（生產效率高、連接強度高、可靠性高、外觀品質高、成本低、污染物排放低）。而激光釬焊因其具有焊縫美觀、焊接速度快[1]、焊縫強度高[2]、密封效果好、能夠實現(xiàn)異種材料焊接[3]等優(yōu)點，逐漸得到各大主流汽車生產廠家的青睞。相比較傳統(tǒng)點焊工藝，激光釬焊所需搭接邊小；外觀美觀，可作為外觀面處理。此外，應用在車頂與側圍焊接時，還可節(jié)省點焊后所需要覆蓋的裝飾條。

縱觀國內外的相關文獻，對于焊縫的影響因素研究較多，卻鮮有對于焊縫的質量檢測手段及不同種類缺陷如何進行修復的相關報導。因此探討如何對焊縫進行質量監(jiān)控及返修顯得尤為必要。

2 激光釬焊的原理

激光釬焊時，如圖1 所示，高能量的激光束作為熱源照射到低于母材熔點的焊絲表面上，焊絲在光束能量的持續(xù)加熱下熔化成液態(tài)金屬并滴落在被焊接工件的表面上。由于金屬液滴具有表面張力，在被焊工件表面潤濕、延展[4]（圖2），冷卻后與兩側工件實現(xiàn)良好的冶金連接。釬焊的過程中，填充焊絲熔化，被焊接的母材不融化。

圖1 焊接過程示意

圖2 焊絲熔化延展

3 激光釬焊工作站的構成

如圖3 所示，激光釬焊工作站由以下設備構成[5]。

圖3 激光工作站的構成

a.激光源系統(tǒng)，包括激光發(fā)生器、激光冷卻裝置、光釬，其作用為產生激光后耦合并將一定功率及波長的激光束穩(wěn)定輸出給激光鏡頭。

b.焊接系統(tǒng)，包括焊接機器人、送絲機、焊槍及激光鏡頭、工裝夾具、焊接保護氣源，焊接系統(tǒng)各組成設備的選型是獲得高質量焊縫的關鍵因素。

c.控制系統(tǒng)，包括激光器控制系統(tǒng)及機器人控制柜、ANDON 系統(tǒng)等。控制系統(tǒng)是焊接過程的指揮官，負責焊接過程的各項參數(shù)控制。

d.附屬設施，包括焊房（密閉激光防護區(qū)）、抽風設備、空調設備等。附屬設置為激光釬焊過程提供了良好的外部環(huán)境。

4 激光釬焊的質量檢查方法

激光釬焊的檢查方法分為在線檢測[6]和離線檢測。在線檢測分為人工在線目視檢驗和機器人在線監(jiān)測。機器人在線監(jiān)測主要通過焊接激光頭附帶的相關檢測設備進行監(jiān)控（圖4）。模塊中包含高動態(tài)相機、音頻收集器及焊接參數(shù)記錄、分析系統(tǒng)等。可以實時記錄焊接過程中的各項參數(shù)及焊接過程的清晰圖像（圖5），方便相關技術人員分析焊接過程。

圖4 帶在線監(jiān)測模塊的激光頭

圖5 焊縫實時跟蹤

離線檢測主要通過人工在離線位置檢查。離線檢測主要有人工離線目視檢驗、破壞性檢測和無損檢測3 種。

4.1 目視檢驗

人工在線及離線檢驗統(tǒng)稱為目視檢驗，它是一種非破壞性的檢查方式，其主要檢查焊縫的長度、數(shù)量、位置、外觀質量（包括焊穿、氣孔、焊縫凹陷、飛濺等）。

目視檢查標準如下。

a.激光釬焊長度是否滿足設計要求、表面整體平整。

b.起弧和收弧位置要良好填充，同時不能出現(xiàn)焊瘤。

c.不允許出現(xiàn)斷焊、焊偏、凹陷、焊穿、缺肉、氣孔（可允許不大于0.2 mm 氣孔）等質量缺陷。

d.焊縫及外板板材無打磨溝、明顯劃傷。

4.2 破壞性檢測

破壞性檢測有撕裂、金相顯微分析等方法。撕裂主要檢查焊接的強度，根據(jù)破拆方法的不同，又可分為分離測試、彎曲測試、拉伸測試3 種。

金相顯微分析，是從破拆車身中取樣進行剖面檢驗，主要檢查焊縫凹陷、內部氣孔、咬邊、未熔合等缺陷。

4.2.1 破壞性檢測區(qū)域

圖6 以頂蓋激光釬焊為例，對各區(qū)域的焊縫檢測項目進行說明（圖中為右側取樣，左側對稱進行）。

圖6 激光釬焊焊縫取樣

4.2.2 分離測試

分離測試（圖7、圖8）是在焊縫上使用特殊的工具（錘子和鑿子，鑿子與車身的Z向呈45°）施加壓力/剪切力，直到板件分離。如果母材破損，而不影響激光焊縫，則測試通過。如果激光焊縫上有破損或焊縫與板件分離，即使是一部分，測試不通過。

圖7 分離測試取樣位置

圖8 分離方法

4.2.3 彎曲測試

在彎曲測試中（圖9、圖10），使用臺鉗，夾持取樣鈑金的一側，另一側手動彎折（用鉗子）帶焊縫的板件，達到180°（彎曲2 次）。如果激光釬焊焊縫沒有破損，則彎曲測試通過。

圖9 彎曲測試取樣位置

圖10 彎折方法

4.2.4 拉伸測試

拉伸測試中，將樣件按圖11、圖12 尺寸切割，然后在萬能拉伸試驗機上將樣件拉伸，直至試片破損。如果激光釬焊焊縫沒有破裂，而母材破裂，則拉伸測試通過。

圖11 拉伸測試取樣位置

圖12 拉伸試片尺寸

4.2.5 金相檢查（顯微檢查）

按圖13 所示位置沿焊縫橫向切成若干小段，然后用拋光機拋光橫截面（消除毛刺和劃痕）。在大于500 lx的光照條件下，用金相顯微鏡下放大≥16×，觀察切割面（圖14）。金相檢查必須特征鮮明，便于識別。

如圖15 所示，對于質量合格的焊縫，要求板件之間的縫隙l≤0.3 mm，激光釬焊焊縫高度a≥板件厚的80%，焊縫在母材的潤濕寬度b≥板件厚度。因此，左右側母材厚度一樣時，a≥0.8tmin，b≥tmin（tmin為工件厚度）；左右側母材厚度不一樣時，b1≥t1，b2≥t2。

圖13 金相檢查取樣位置

圖14 金相照片

圖15 金相標準

對于截面有氣孔時，要求扣除氣孔直徑后，焊縫高度a≥0.8tmin（圖16）。

圖16 有氣孔時的焊縫

4.3 無損檢測

對于激光釬焊，無損檢測通常采用超聲波方式，可以檢測焊縫內部的缺陷而不損害被檢測焊縫的性能和完整性，尤其對裂紋、未熔合等二維類缺陷更為敏感。磁粉檢驗和射線檢驗也屬于無損檢測的范疇，但由于磁粉檢驗僅針對表面和近表面，射線檢驗的設備較復雜、不夠便捷，因此這2 種檢驗的方法在激光釬焊的檢測中應用較少。

5 激光釬焊返修方法

激光釬焊常見的缺陷類型[7]及對應的返修方法見表1。

表1 激光釬焊缺陷類型及返修方法

5.1 表面氣孔返修說明

根據(jù)表面氣孔的直徑D大小選擇不同的返修方法。

a.D＜0.2 mm，無需返修，氣孔在噴漆后會消失；

b.0.2 mm＜D＜2 mm，在焊裝車間內部可采用涂綠膠（樹脂）返修或者迷你型鎢極惰性氣體保護焊（Mini Tungsten Inert Gas Welding，Mini Tig）焊返修，在涂裝車間可采用涂樹脂/聚氯乙烯涂料（Poly?vinyl Chloride，PVC）返修。從修復的節(jié)拍角度，推薦在涂裝車間采用涂PVC 膠進行返修；

c.D＞2 mm，采用鎢極惰性氣體保護焊（Tung?sten Inert Gas Welding,Tig）返修。

返修合格標準如下。

a.缺陷位置返修后與原焊縫平滑過渡；

b.返修前，單臺車最大允許出現(xiàn)的氣孔總數(shù)為10 個（尺寸0.2～2 mm，超過2 mm 必須返修）。超過這個范圍，停止生產，并檢查焊接過程參數(shù)、板件間隙、板件鍍鋅層厚度等。

5.2 焊縫凹陷返修說明

根據(jù)焊縫缺陷長度L選擇不同的返修方法。

a.L≤10 mm 時，采用在焊裝車間涂抹樹脂返修或涂裝涂PVC 膠；

b.10 mm＜L≤40 mm 時，采用Tig 焊返修；

c.L＞40 mm 時，將待返修總成送回焊接工作站進行二次焊接，此時需要手動調整軌跡或者參數(shù)。

返修合格標準如下。

a.返修后的焊縫表面應與原焊縫平滑過渡；

b.Tig 焊引起的鈑金變形需修復到合格狀態(tài)。

5.3 焊縫凸起、焊瘤、飛濺返修說明

選擇合適的打磨工具和磨片，對缺陷位置進行打磨，直到將缺陷消除。

a.打磨時選用合適的工具和耗材，盡量減少對鈑金進行打磨；

b.打磨不能造成鈑金的二次傷害，影響漆后面品。

5.4 焊偏、缺肉、虛焊、斷焊返修說明

根據(jù)焊縫缺陷長度L選擇不同的返修方法。

a.L≤40 mm 時，采用Tig 焊返修；

b.L＞40 mm時，將待返修總成送回焊接工作站進行二次焊接，此時需要手動調整軌跡或者參數(shù)。

返修合格標準如下。

a.表面應與原焊縫平滑過渡（補焊后進行打磨）；

b.Tig焊引起的鈑金變形需修復到合格狀態(tài)。

5.5 焊縫咬邊返修說明

焊縫出現(xiàn)咬邊必須返修，并根據(jù)咬邊的嚴重程度選擇不同的方式。

a.對于鋼板減薄率不超過10%，對于鋁板不超過20%，且缺陷長度L＜100 mm 時，采用打磨方式進行返修；

b.對于其他情況，采用Tig 焊返修；

c.對于過于嚴重的咬邊（減薄率超過20%，且長度＞100 mm），建議報廢處理。

返修合格標準如下。

a.徹底消除焊縫咬邊，焊縫光滑無打磨痕；

b.返修后，板材減薄率不能超過20%。

5.6 焊穿返修說明

焊穿是一種嚴重的缺陷形式，視嚴重程度選擇不同的方式。

a.如果焊穿發(fā)生在焊縫位置，且長度L≤40 mm時，采用Tig 焊返修；

b.對于焊穿發(fā)生在焊縫位置，且長度L＞40 mm時，將待返修總成送回焊接工作站進行二次焊接，此時需要手動調整軌跡或者參數(shù)；

c.如果焊穿發(fā)生在側圍或者頂蓋鈑金上，視嚴重程度采用Tig 焊返修或者報廢處理。

焊接后需要打磨處理。

返修合格標準，徹底消除焊穿缺陷，焊縫光滑無打磨痕。

5.7 打磨返修方法

如圖17～圖20 所示，打磨時常見返修工具有棒式打磨器、直角打磨器，耗材有百葉打磨頭、軟磨片等。返修時使用打磨器對準缺陷位置沿著焊縫方向從右向左打磨，直到缺陷消除為止。

圖17 棒式打磨器

圖18 直角打磨器

圖19 百葉打磨頭

圖20 軟磨片

5.8 “Mini Tig”返修方法

a.對于“Mini Tig”，一般采用不填絲進行修復，見圖21，“Mini Tig”的尖端加熱缺陷部位，熔化周圍的焊縫材料用以修復缺陷。

b.手動打磨返修的位置，見圖22。

圖21 Mini Tig返修

圖22 手動打磨返修的焊縫

5.9 樹脂返修方法

樹脂型號可以選擇DELO-Dualbond AD420，使用紫外線(UV 光）固化樹脂，相關設備如圖23所示。

圖23 樹脂返修設備

操作步驟如下。

a.將樹脂涂抹在缺陷部位上（圖24）；

b.使用UV 燈（圖25），距離30 mm，處理樹脂（時間10 s）；

c.手動打磨返修的焊縫。

圖24 涂抹樹脂

圖25 使用UV燈

5.10 Tig焊返修方法

a.用打磨器將焊縫缺陷部位打磨干凈。

b.將沾水的紗布放在焊縫兩側，用以減輕返修時焊接熱量引起的車身鈑金變形。

c.焊槍通電，熔化焊絲，操作者沿著缺陷移動，進行填充。焊接時要一次將缺陷修復完成。

d.用打磨器將補焊處打磨平整，實現(xiàn)與原焊縫平滑過渡。

e.修復焊接時熱量引起的鈑金變形。

焊絲CuSi3、直徑1.0/1.2 mm；設備Tig 焊機、保護氣體為氬氣、光照度（返修工位）≥1 000 lx。

5.11 激光釬焊返修方法的注意事項

a.不允許采用錫焊、金屬膩子返修釬焊缺陷。

b.可以采用熔化極惰性氣體保護焊（Melt Inert Gas Welding，簡稱Mig 焊）替代Tig 焊。

c.返修過程中，母材的減薄量不能超過其本身厚度的20%。

6 結束語

隨著激光釬焊被國內外越來越多的主機廠引入到白車身生產當中，如何獲得高質量、高可靠性的焊縫越來越得到相關技術人員的重視。結合長期的現(xiàn)場經驗，對焊縫的在線及離線檢測，各類缺陷的返修方法做了詳細分類及說明，相信可以為焊裝車間相關工藝及質量工程師在激光釬焊的品質管理方面提供一定的參考借鑒。