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摘要

    采用正交实验法，建立多梯度多规格的实验组分，重点分析了焊丝直径和焊缝大小对激光钎焊焊接成型质量的影响；根据量产观察和常发质量故障分析，锁定了影响焊接成型质量的关键设备及因素。结果表明：钎丝实际直径在1.15-1.21mm内，焊缝填充效果最好、焊道强度最优；焊缝需控制在0.3mm以内，避免缺陷形成、焊接失效：激光镜片和送丝软管易受污受损，导致焊接参数波动、影响焊接质量。

一、引言

　　顶盖激光钎焊是指通过激光发生器产生激光，以激光为热源、利用激光高能量密度特点，加热并熔化固态钎丝，钎丝熔化后渗透进焊接缝隙并快速凝固形成焊道，最终起到填充焊接缝隙、连接顶盖与左右侧围的作用。顶盖激光钎焊具有焊接热影响区小，焊接过程稳定、焊道强度大，生产效率高等特点，经过了多年的发展，焊接工艺与配套设备已十分成熟可靠，现已成为顶盖与左右侧围连接的主要工艺方式。
　　根据车身外观质量设定，顶盖激光钎焊焊道为可视外观，这就对激光钎焊的焊接成型质量有着极高的要求。在配套设备品牌固化、工艺布局及工艺流程逐渐同化的今天，实际生产过程中影响顶盖激光钎焊焊接成型质量的因素往往仅仅集中在某些关键项中。本文从工艺和质量控制角度出发，结合某SUV车型顶盖激光钎焊从工艺规划到量产实现的项目开发经验，讨论影响激光钎焊焊接成型质量的关键因素。

二、顶盖激光钎焊焊接简介

1.产品结构

　　该车型顶盖与左右侧围外板为0.7mm的超深拉延薄板，顶盖前后部切边与顶盖前后横梁接触，左右切边R角下部与侧围总成接触、R角上部形成法兰焊缝。为保证钎丝的有效填充量和填充后的强度要求，法兰焊缝理论设定为0.3mm（局部变化），采用1.2mm硅青铜钎丝填充。如图1所示。
 

 
2.工艺流程

　　顶盖激光钎焊基本工艺流程：顶盖点定，激光钎焊，焊后返修（线上或线下返修）。流程图示如下。
 

2.1顶盖点定

    车身总成和顶盖分总成在进行激光钎焊前，需经过固定焊接、确定两者的相对位置。为获得合格的激光焊接缝隙，顶盖必须采用精定位方式装配在车身上，通常在焊接前使用对中工装进行装配。

2.2激光钎焊

    经点定顶盖的车体进入激光钎焊工作站，顶盖通过浮动工装抱夹与车身左右侧围密切配合，机器人接收到浮动工装到位信号后，从原点向前剪丝，在到达起弧点时送丝机和激光发生器先后启动、开始焊接，此时钎丝受热融化并随着机器人的行走填充焊接缝隙；到达收弧点时，激光发生器和送丝机先后关闭，机器人回到原点，焊接完成。

2.3激光钎焊返修

    激光钎焊成型质量必须经过100%检验确认，对于焊接缺陷，需评估返修时间，在不影响线体生产和节拍达成的情况下，执行线上或线下返修。

3.主要设备

　　激光钎焊配套的主要设备见下表1。
 

三、顶盖激光钎焊焊接质量控制

　　在送丝速度V2、焊接速度Vh及钎丝直径D均确定的情况下，单位时间内焊缝填充量V-（ D/2） 2*TT *V，*Vh，（理想状态，钎丝直径、送丝速度和焊接速度均稳定无变化），即影响焊缝有效填充量的关键因素：焊接速度，送丝速度和钎丝直径。有效填充量决定了焊道的实际强度，填充量的多少最终又表现在焊道外观质量上（如断焊空缺、焊瘤堆积等缺陷），因此，绝大部分的质量缺陷都与焊缝有效填充量相关。

1.钎丝直径对成型质量的影响

　　焊接速度和送丝速度由设备的稳定性决定，在调试完成时，参数固化；经连续生产监测，非设备故障情况下焊接速度和送丝速度稳定性极高，对钎丝的有效填充量的影响率极低。因此，钎丝的实际直径成为了影响量产过程中焊接成型质量的最主要因素。为研究钎丝直径对焊接成型质量的影响，现设置一定直径梯度的钎丝进行焊接实验。钎丝直径规格和焊接成型质量见表2。
 

　　对各直径规格的焊接成型试样进行宏观金相观察（x50）和拉伸检测，结果见表3。
 

　　焊道宽度和焊深为激光钎焊成型质量的重要指标，金相检测示例见图3；
 

    拉伸强度参考许用应力计算方法，规定“40mm长的激光钎焊焊道的抗拉剪强度必须达到0 7倍的母材抗拉强度值要求”，实验结果见图4。
 

    通过以上实验可知，当钎丝直径波动范围在1.15-1.2lmm内时，填充量充足、焊接成型质量和焊道强度最好。

2.焊接缝隙大小对成型质量的影响

　　当单位时间内焊缝填充量V时，焊接缝隙的大小成为焊接成型效果的决定性因素。送丝速度4600imm/min，焊接速度75mm/s，设置不同梯度的焊缝进行批量试焊验证，实验数据及结果在表4中列出。
 

    试焊效果见图5、图6、图7，可以发现：①焊接缝隙在0.3mm以内，焊接效果最好；②焊接缝隙在0.4mm以内，焊接成型质量可以接受、无需返修；③焊接缝隙大于0.4mm，激光钎焊成型质量变差，随着焊缝的增大，焊接将逐渐失效并无法实现。

3.设备因素对成型质量的影响

　　经过长时间的生产观察和质量故障分析，激光镜片洁净度和送丝软管磨损，均为造成焊接缺陷的常发原因，两者不可量化管理，需根据耗材寿命，制定定期检查和更换计划。

3.1镜片洁净度

    在生产过程中，镜片极易受污染、侵蚀，影响激光的折射聚焦，进而影响激光功率、焦点直径和光丝对中度，导致断焊漏焊、局部烧黑等缺陷产生。

3.2送丝软管磨损度

    送丝软管经长时间的抽丝、送丝，内壁将逐渐磨损，影响送丝速度，导致断焊漏焊等故障产生。

四、结语

　　当钎丝理论直径为1.20mm、焊接缝隙设计宽度为0.3mm时：
   1.使用的钎丝实际直径在1.15-1.2lmm内，焊缝填充效果最好，焊接成型质量和焊道强度能满足设定要求；
   2.焊接缝隙在0.3mm以內，焊接效果最好；
   3.激光镜片洁净度和送丝软管磨损为实际生产过程中造成焊接缺陷的常发原因，必须严格监控。
 
作者：李成整 施连青 欧杨阳  来源：时代汽车

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