浅谈车身顶盖激光钎焊技术及质量控制

陈勇 仝辉 谷家坤 王知 张逸

摘要：白车身焊接是整车生产过程中的一个重要环节。本文介绍了激光钎焊技术在白车身侧围与顶盖焊接过程中的应用。激光钎焊是以激光为热源加热钎料融化的钎焊技术。激光钎焊运用于白车身焊接，可以降低车身重量、提高车身的装配精度，使车身的刚度提升从而提高车身的安全性。

关键词：激光钎焊;白车身;焊接;质量

一、前言

在整车制造的工艺开发过程中，白车身焊接是其中的一道关键工序。目前，白车身焊接主要采用电阻点焊、MIG焊和MAG焊等焊接方式。在白车身焊接过程中，激光钎焊技术主要用于车身框架结构的焊接，例如车身顶盖与侧围的焊接，激光钎焊运用于汽车，可以降低车身重量、提高车身的装配精度，使车身的刚度提升从而提高车身的安全性。

二、激光钎焊的原理及技术特性

激光钎焊是以激光为热源加热钎料融化的钎焊技术。激光钎焊采用激光作为焊接热源，机器人作为运动系统。激光热源的优势在于，它有着极高的加热能力，能把大量的能量集中在很小的焊接点上，所以具有能量密度高、加热集中、焊接速度快和焊接变形小等特点，可实现薄板的快速连接。

激光钎焊的关键在于合理的控制激光功率分配。激光束汇聚在钎料上，钎料温度过高导致融化过快，而母材温度不足使钎料不能很好润湿母材，影响填充效果，钎缝成形变差。激光束汇聚在母材上，钎料温度有可能过低，导致钎料流动性或活跃性降低，母材可能过热融化，导致钎料直接进入熔池形成熔化焊，形成的脆性相也影响钎缝性能。

根据加热温度的不同，激光钎焊分为软钎焊和硬钎焊。

钎料液相线温度低于450℃的称为软钎焊。主要用于印刷电路板电子元器件的连接。采用激光辐射加热集成电路引线，通过钎剂或预置钎料向基板传递热量。当温度达到钎焊温度时，钎剂和钎料融化，基板和引线润湿形成连接。激光软钎焊集成电路多采用YAG激光器。

钎料液相线温度高于450℃的称为硬钎焊，主要用于结构钢和镀锌钢板的连接等。激光硬钎焊在有色金属的连接上也有优势。大多数有色金属对激光的反射率较高，材料的热导率较高，激光熔化焊需要较高的功率。激光硬钎焊银、铜、镍、金、铝等有色金属有良好的效果，钎缝组织细小，接头性能良好。

三、激光钎焊的主要设备组成

激光发生器：用于激光焊接的激光器主要有CO2气体激光器和YAG固体激光器两种。激光发生器最重要的性能是输出功率和光束质量。从这两方向考虑，CO2激光器比YAG激光器具有更大优势，是目前深熔焊接主要采用的激光器。设备选型时激光发生器应达到GB 7247—2012标准设计要求，输出功率4-6kW，可持续稳定地输出功率，在累计工作5万小时内，输出功率衰减量不超过1%，激光发生器电-光转化率不低于30%。

送丝系统（含剪絲机）：一般要求具备推拉丝、速度监控、末端传感器等功能。送丝速度的大小主要考虑钎缝填充和良好成形，送丝速度与钎焊速度应匹配，提高钎焊速度的同时应提高送丝速度。

机器人：焊接过程中的运动系统。焊接接头形式的不同，对机器人的精度要求也有所不同。 搭接焊缝的激光熔焊和角焊缝的激光钎焊可以采用普通的焊接机器人，对于对接焊缝的激光钎焊和激光焊必须采用区别于常规机器人的绞臂式焊接机器人，通常配备焊缝自动跟踪矫正系统。

工装夹具 可以保证激光焊接时所连接板材或总成的精确定位，保证焊缝间隙，防止焊接变形，从而提高焊接及车身质量。

四、技术要求

1、产品结构要求

如图六所示， R角要求：顶盖折边角a=30°～50°，侧围折边角b=40°～50°，顶盖R角R1=1.5～2.2mm，侧围R角R1=2.0～3.5mm。 顶盖翻边长度L=9.0～13.0 mm，顶盖与侧围高差H=2.6～3.2 mm，顶盖末端与侧围R角避让间隙L=2～3mm。

2、冲压件要求

顶盖外板要求的轮廓度要求：整条焊缝0～0.6mm;每150mm内：0～0.3（每30mm取一个测点）;位置度要求：±0.4mm，每50mm取一个测量点;四个尖角：保证顶盖四个尖角的贴合，要求Y向及Z向不允许有堆料。下部修边线要保证顶盖与侧围的良好贴合。

侧围外板轮廓度要求：整条焊缝0～0.6mm;每150mm内：0～0.3mm（间隙30mm，与顶盖侧量点一一对应）;位置度要求：±0.4mm，每50mm取一个测点，与顶盖侧量点一一对应;激光焊缝位置Z向±4mm范围内，要求平整，过过渡均匀。

3、车身几何尺寸要求：

侧围与顶盖的贴合间隙需小于0.3mm。起收弧位置：机器人精度要求做的X±1 mm，Y±1.5mm，Z±2.0 mm;Y向开度：±1mm;顶盖相对侧围的Z向高低面差：顶盖与侧围的面差单侧不均匀<1.5，左右面差不对称在相同X截面<1.5 mm。

五、工艺方案

为确保生产质量，通常的车身顶盖与侧围激光钎焊的工艺布局一般由：激光钎焊工位、打磨工位和检查工位构成。

1、激光钎焊工位

激光钎焊工位：车身输送系统将白车身骨架输送至本工位，夹具夹紧，随后1台机器人将顶盖抓手压紧到位，另外2台机器人完成激光钎焊，焊接完成后输送至下一工位。主要设备及需求见下表：

2、打磨工位

本工位的主要功能有：去除焊烟，抛光及清除焊缝、焊渣等;

打磨形式：机器人柔性打磨，自适应顶盖焊缝轮廓曲线;

粉尘收集：自动粉尘收集功能;

设备参数：工艺参数可实时在线调节，安全设定，实时报警，稳定输出，质量可控。主要设备及需求数量见下表：

本工位一般为人工检查工位，对焊接缺陷进行检查、判定。激光焊接后焊缝处会存在缺陷：气孔、弧坑。此类缺陷影会响车身质量，需要返修。

六、结束语

本文介绍了激光钎焊的技术特性，以及在白车身焊接（侧围与顶盖）过程中对产品结构、冲压件质量、车身尺寸的基本要求和工艺布局。随着汽车工业技术的发展，激光钎焊技术将在白车身焊接过程中得到更加广泛的应用。

参考文献：

[1]李亚江，李嘉宁. 激光焊接/切割/熔覆技术. 超越激光. 化学工业出版社. 2012. 79-80.

[2]李斌，黄海，国莉，郭涟. 白车身车顶盖激光焊接系统. AI汽车制造业. 2012-10.

作者简介：

陈勇（1979，6-）男，职称：工程师，研究方向：焊装中长期规划、新项目平台开发总监及前沿技术研究。

仝辉（1983，10-）男，职称：机械设计与制造工程师，研究方向：白车身焊接的工艺开发工作。