淺談激光釬焊在白車身制造中常見缺陷類型及解決策略

黃華旺 賴中劍

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545000

1 引言

白車身作為汽車整車的整體框架，是汽車整車的重要組成部分。白車身的連接強度對汽車整車的NVH性能、碰撞安全性能有著重要的影響。常見白車身連接工藝包括焊接，膠接，鉚接等等。焊接作為白車身制造過程中的主要連接工藝，通常有電阻點焊，電阻凸焊，塞焊。近些年來，激光焊接在國內各大主機廠逐漸普及。由于其具有焊接效率高，焊接變形小、焊縫質量高、且焊縫比較美觀等優點，常常運用于小型汽車的側圍與頂蓋之間的焊接以及車門外板的拼接。在白車身制造領域，鋁合金白車身是未來的重要發展方向，鋁合金與鋁合金，鋁合金和普通鋼板之間也都可以用激光釬焊連接。

2 激光釬焊簡介

激光釬焊，也稱激光填絲釬焊。激光發生器產生的激光光束經過鏡片聚焦后照射在焊絲表面，焊絲在高溫環境下熔化形成液態金屬，液態金屬浸潤到焊接處，在適當的外部條件下，工件形成良好的連接接頭。激光釬焊具有能量密度高，焊縫窄，深寬比大，熱變形小，熱影響區小。由于焊接完成后具有較為良好的成型表面，可以不經過二次處理而直接使用。

激光釬焊系統主要由激光發生器，送絲機，水冷機和焊接頭幾個核心部分組成。其中激光發生器主要用于激光形成和輸出。送絲機保證焊絲輸送，提供熱絲電流及引導焊絲輸出位置及輸出方向，水冷機的主要作用是對激光發生器進行冷卻。焊接頭的主要作用是將激光發生器經過光纖送來的激光聚焦為焊接時使用的激光，并調整光斑，同時對焊縫進行調整補償，實現焊縫跟蹤，同時可以在焊接過程可以實時監控焊接狀態。此外，激光釬焊焊接系統通常還配有專門的工裝夾具（如圖1），用于保證被焊零件的搭接間隙，以保障焊縫質量的穩定性。

圖1

3 常見激光釬焊焊接缺陷類型及其解決辦法

3.1 焊縫塌陷

焊縫塌陷的主要表現形式為焊縫局部坍塌。如圖2。

圖2

造成焊縫塌陷的可能原因有：

（1）送絲機送絲速度過低。當送絲機送絲速度過低時，焊絲供應不足，進而導致高溫金屬溶液填充不足，引起焊縫塌陷。此時應檢查送絲速度的設置值是否過低，同時可以優化送絲速度。（2）機器人運行速度不均勻，要想獲得良好，美觀平整的焊縫，要確保金屬溶液應均勻充足填充，如果機器人速度不均勻，則會引導致金屬溶液填充不均勻，此時應檢查機器人的參數設置是否合理，重點是檢查機器人運行軌跡有CNT和ACC的地方，以及觀察機器人運動姿態是否存在突變，是否存在卡滯或抖動的現象。（3）檢查激光功率是否過大。激光功率過大，會導致輸入焊絲能量過大，會引起焊絲融化后溫度過高，高溫金屬溶液冷卻時間變長，其滲透能力進而變強而引起塌陷。（4）檢查焊接板材的搭接間隙是否正常。如果零件的搭接間隙不均勻，或者局部搭接間隙過大，則金屬溶液滲透過快，進而引起焊縫坍塌。

3.2 收弧或者起弧位置出現焊瘤

主要表現形式為收弧或起弧位置，出現多焊、堆高，或者不規則的瘤狀焊縫。如圖3，收弧起弧位置出現焊瘤的主要原因如下：

圖3

（1）收弧或者起弧點的位置不正確。此時應空走機器人軌跡，檢查起弧點和收弧點的位置是否正確，如果有偏差，應及時調整。（2）零件搭接尺寸有偏差，如果零件搭接不穩定，或者零件尺寸局部波動過大，焊縫間隙不滿足焊接要求，則會引起焊偏，多焊的現象，此時應拉動尺寸工程師解決零件搭接尺寸問題，短期措施可以通過局部調用合適的焊接參數或調整機器人焊接速度來解決。（3）檢查送絲延時和出光延時是否匹配。如果送絲和出光不匹配，則會引起焊瘤。若是起弧引起的焊瘤，應該適當設置延遲送絲。收弧引起的焊瘤，則應適當設置延遲關閉激光。

3.3 焊縫表面有氣孔

圖4

焊縫表面有氣孔的通常原因是工件清潔度差。工件搭接處有雜質或者多余的油污，尤其是鍍鋅板焊接，可能存在多余的鋅粉都會引起焊接完成后焊縫表面有氣孔。對于現場大批量生產，保證工件的清潔度尤其重要。零件裝配前應擦拭焊縫處，以保證焊縫表面質量的穩定性。引起焊縫氣孔的另一個可能原因是焊接氣流的影響，此時應該檢查激光頭上的壓縮空氣，或者夾具上的壓縮空氣是否漏氣。如有漏氣，應優先解決。

3.4 焊縫表面高低不平

焊縫表面高低不平通常的表現形式是焊縫呈現出不規則的波浪狀。如圖（5），造成焊縫表面凹凸不平的主要原因通常有以下四個：

（1）零件搭接間隙大小不均勻。零件搭接間隙不均勻，應協同尺寸工程師調查零件配合尺寸變異的原因，或者查找工裝夾具是否存在變異，確保零件搭接間隙在要求之內。（2）激光頭保護鏡片壽命到期或者鏡片中心不潔凈，造成鏡片透光性差。為避免激光頭保護鏡片長期使用透光性變差，一般設置有一定的使用壽命，應首先查看控制柜保護鏡片壽命是否到期，如到期及時更換。或拆除并目視檢查保護鏡片，如有密集的污點或者出現燒損的情況，應及時更換保護鏡片。（3）焊絲導絲嘴磨損。如果焊絲導絲嘴磨損，則會引起出絲不暢，或者出絲抖動，則會導致焊接過程金屬溶液填充不均勻，以至于引起焊縫成型波浪，此時應檢查導絲嘴，如有變形或者燒蝕，則應及時更換導絲嘴。（4）激光功率偏小。如果激光功率偏小，則焊接熱量偏小，不足以使焊絲充分融化并填充焊縫，則會引起焊縫成型表面高低不平，此時應使用專門的檢測設備檢測激光頭激光功率的大小。如有必要，則應該適當增加激光功率。

圖5

3.5 焊縫偏離

焊縫偏離的表現狀態如下圖6，焊絲熔化后未填滿零件搭接面。導致這種狀態的因素從以下幾個方面來考慮：

圖6

（1）零件搭接間隙超差。零件尺寸的波動或零件裝夾異常，都會引起零件焊縫面搭接間隙超差。由于送絲速度和焊接速度固定，焊接過程金屬溶液填充量比較穩定，當零件間隙超差時，會導致金屬溶液不足以填滿焊接縫，則會引起焊縫偏離。臨時可以通過增加送絲速度，或者降低焊接速度去解決。如若局部焊縫偏離，則需要重新校準焊接機器人的運行軌跡。（2）送絲不順暢或者送絲速度過低。如果焊接過程送絲不順暢，會導致焊接過程高溫金屬溶液填充不均勻，會引起焊縫寬度不均勻，甚至出現焊縫偏離的情況。此時應觀察送絲機的電流是否偏大，如果送絲機的電流偏大，則反映出送絲機的送絲阻力偏大。同時要觀察工藝柜上顯示的送絲速度是否超差。采用固定時間固定速度出絲三次，并測量出絲長度，比較實際值與理論值偏差是否過大，如果偏差超過3%，則表示送絲機送絲過程有阻力，會影響到正常的焊接。如果檢查出送絲機送絲過程有阻礙，則應確認送絲管是否需要更換，并檢查導絲壓輪的壓緊力，送絲嘴有無燒蝕，如有必要，則需要更換。（3）保護鏡片燒損或者有污點。如果防護鏡片燒損或者有污點，則鏡片的透光性會變差，導致焊接熱量不足，則焊接金屬得不到充分熔化填充，則會導致焊縫的偏離，此時應及時更換保護鏡片。（4）激光照射位置與焊絲位置有偏差。如果激光和焊絲位置有偏差，則激光能量不能有效地聚集在焊絲表面，進而導致焊接過程焊絲熔化狀態變差，金屬溶液不能充分填充焊縫表面。此時可以通過顯示器觀察激光和焊絲的相對位置，保證焊絲末端與焊絲校準線對齊，進而保證激光和焊絲落在同一位置上。（5）焊接頭的偏執力設置不合理，或焊接頭的平衡力差，為了保證焊接質量的穩定性，讓焊絲充分填滿焊縫，焊接頭一般具有自動平衡和校準的功能，如果焊接頭的偏執力設置不合理，或者平衡力差，則焊接過程焊絲沿著焊縫行走不順暢，會導致焊縫偏離。此時應通過專用的軟件專門設置焊接頭的偏轉力，或者重新校準平衡力。此外還需要空走軌跡，確認焊接頭的連接的力的傳感器電纜線束是否存在過程拉扯或者松動，如有則應及時糾正。

3.6 起弧或收弧位置燒穿

圖7

起弧或收弧位置燒穿主要表現形式為在起弧或收弧位置。針對此故障類型，應檢查零件尺寸的有無變異，起弧或收弧位置有沒有波動，另外，可以空走機器人運行軌跡確認起弧或者收弧點的位置是否合理，如果有偏差，應及時做好修正。此外還可以檢查焊接開始或者結束的過程，設置的激光延時、送絲延時是否匹配。如果出現起弧燒穿，則可以設置延遲出光，或者分段調試焊接參數，適當降低起弧處的激光功率。如果是收弧處燒穿，則可以適當設置延遲送絲，或者提前收光，適當降低收弧處的激光功率。

4 結語

隨著人們的生活水平不斷提高，人們的消費觀念不斷升級。對于汽車消費品，人們不僅僅局限于對其功能性的要求，更追求卓越的感知質量。車輛感知質量成為人們選擇購車的選擇標準之一。因此，人們的消費升級對整車制造質量水準提出了更高的要求。激光釬焊作為一項成熟的焊接技術，具有焊接變形小，焊縫成形美觀，熱影響區小等其他焊接技術不具備的優點，在外觀件拼焊方面具有無可比擬的優勢。本文從激光釬焊在白車身批量生產中所產生的缺陷類型出發，簡要闡述了激光釬焊在白車身制造領域常見的質量缺陷類型及其解決方法，為后續快速解決此類質量問題提供了參考。