熱成形車門B柱 加強板總成激光焊接工藝解析

在汽車行業快速發展的情況下，消費者對汽車車輛安全要求不斷提高，我國在2021年推出了新車評價制度（C-NCAP，ChinaNewCarAssessmentProgram）。側面強度是車身強度重要區域，經過調查，側面碰撞事故在所有交通事故中約占 30% ，其中重傷和死亡的比例高達 35% 。因此C-NCAP對側面碰撞保護提出更高要求，來保證乘車人員的安全。

車身結構設計

1.車身設計

2.B柱加強板總成設計

采用了對開門方式，前后門由中間向兩側拉開設計，如圖1所示。將B柱從車身取消，增大車內空間和寬敞度。同時為滿足安全、C-NCAP要求、減少事故中人員傷亡，故后門增加B柱加強板總成鑲嵌在車門總成中。

首先將B柱加強板總成的內外板采用 2.5mm 料厚，并增加補丁板通過點焊工藝，增加材料強度。通過沖壓熱成形工藝進行零件成形，最后通過激光熔焊工藝將零件焊接為總成，總成結構如圖2所示。

焊接工藝

1.設備配置

激光熔焊設備見表1。

（1）激光源來提供焊接熱源，為保證激光源內部光學模塊及外部光路的性能穩定，需要水冷機對其進行循環冷卻。

（2）激光頭發出激光束，將光的焦點放置在B 柱內外板熔深的1/4處，通過能量將板件進行融化后冷 卻行程焊核實現內外板的有效連接和強度管控。

（3）機器人將激光頭和管線包集成在機器人上，通過機器人運動實現焊接軌跡。

（4）激光房激光有一定輻射危險并且激光焊接過程中出現大量的煙塵，為保證廠房內環境，將激光焊接工位通過激光房行程一個密封的空間，并將除塵集成到激光房上。

（5）管線包主要將焊接所用的水、電、氣等的管路通過管線包集成到機器人上。

（6）夾具工裝用于鈑金的位置控制和焊接后對零件繼續夾持防止熱變形和焊接應力釋放。

（7）多功能測試臺用于試片驗證、功率檢測及位置度校準。

2.鈑金精度要求

（1）鈑金精度激光焊接對單件搭接法蘭面要求較高，一般要求 ±0.3mm 公差，搭接位置出現極差現象，需要對單件進行配調。

（2）加緊間隙為滿足焊接熔深和熔寬的要求，增加激光功率有效利用，板件在加緊加緊狀態下間隙小于 ?0.2mm 0

3.焊接參數

由于焊接厚度為 5mm ，所以在焊接設備選型時需要選擇功率大于6000W以上設備（見表2）。

4.工裝

夾具工裝在設計為保證鈑金位置度一般采用兩個定位銷和多處加緊支撐保證。由于單件強度較強需要采用強力壓緊缸。

間隙為控制在 0.2mm 范圍內，需要將單元間隙控制在 200～250mm ，同時為避免焊接熱變形，每段焊道不能超過 350mm ，需要對個氣缸單獨控制。氣缸隨著激光位移進行開啟和關閉。

質量驗證

1.三角彎曲試驗

將總成（見圖2）放置在專屬支承架上，采用壓頭直徑 254mm ；以50mm/min加載速度，加載到樣件的1/2處（見圖3），直到產品定義的變形位置或力矩衰減。

試驗結果發現，在樣件1/2位置處，破壞載荷gt;115kN，如圖4和圖5所示。

2.金相實驗

在前期試驗階段和量產階段為保證焊接質量，需要對B柱加強板總成進行金相實驗。

首先將B柱加強板板總成的焊接面進行切割段，每50～100mm 提取一個樣片，進行研磨。通過顯微鏡觀察熔深、熔寬，確認是否滿足標準要求，如果無法滿足確認鈑金間隙，調整夾具或單件：如間隙滿足需要通過調整焊接功率或速度，再次驗證。具體標準見表3。

質量要求和缺陷整改措施

1.質量要求

通過尺子測量，焊縫長度、位置、數量并通過目視檢查外觀質量、凹坑、間隙等。具體要求標準如下：

（1）焊縫長度焊縫起止位置 ±5mm 范圍。

（2）焊縫位置度焊縫位置寬度方向位置 ±1.5mm范圍。

（3）焊縫表面裂紋焊縫表面不允許有可見的裂紋。

（4）氣孔和表面燒穿焊接過程保護氣或零件清潔度會出現表面燒穿或大量氣孔，燒穿需要重新返修。氣孔累計 ? 焊縫總長度 5% ，可以補返修，超過需要重新返修。

（5）虛焊焊縫長度 lt;25mm ；單段缺陷 d₁lt; 5mm ；總長度 ? 焊縫總長度 5% 。

（6）飛濺在焊接過程中會出現大量飛濺。外觀面、安裝面、搭接面避免貼合存在間隙，在焊接后必須進行打磨處理，才能流出到下一序，非安裝和搭接面飛濺高度不能超過 1.0mm 。

2.整改措施

1）焊縫長度、焊縫位置、斷焊缺陷、氣孔、穿孔、熔合不良通過手持激光焊、MIG、TIG、MAG、CMT焊等焊接方式進行返修。

2）飛濺需要采用打磨機對飛濺進行打磨。

結語

隨著汽車安全性要求增加，將B柱加強板總鑲嵌在車門中可以大大提升車內的空間和舒適，但B柱加強板總成的焊接質量和尺寸成為生產工藝的難點。本文主要通過車身結構設計、焊接工藝、質量驗證、質量要求和缺陷改進五個方面闡述了B柱加強板總成激光熔焊的制造過程。新型高功率激光器的出現顯著提升了焊接速度和深度，特別是在厚材料焊接中表現出色。未來，更高功率、更小體積、更高電光轉換效率的激光器結合焊接設備、焊裝參數優化，進一步提升激光焊接零件厚度和焊接速度、質量、安全。

參考文獻：

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