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車身激光焊接接頭設計形式與質量

2019-03-19

激光焊接技術以其較高的能量密度、較快的焊接速度、較高的電弧穩定性和優質的焊縫成型在 汽車車身制造過程中得到廣泛應用, 激光焊接技術的使用使車身的前撞、后撞、側撞都能符合較高的設計要求,但在產品設計過程中,對焊接接頭的設計和焊縫質量的評價標準以及焊后焊縫的返修也相應提出了更高的要求。
在開發 激光焊接新技術方面,激光技術在車身制造過程中經歷了不等厚板激光拼接技術、車身激光 焊接技術、激光復合焊接技術的發展歷程。
與單一的激光熔焊技術相比,激光混合焊接技術具有顯著的優點:高速焊接時 電弧焊接的較高的穩定性、更大的熔深、較大縫隙的焊接能力、焊縫的韌性更好、通過焊絲可以調整焊縫組織結構等。焊縫的設計型式和焊縫標準的評價隨著激光焊接技術的發展也不斷進行著改變與完善,特別是近些年鍍鋅板、三層板和超高強鋼板的廣泛應用,對接頭的設計型式提出了更高的要求,焊縫標準的評價也不斷細化和優化,這不僅為制造優質的焊接車身提供了保證,也為焊縫的返修提供了理論依據。
目前,一汽大眾公司在Audi C6、Golf A6、寶來、速騰、邁騰、Model X等幾乎所有品牌車型的車身制造過程中都不同程度地采用了 激光切割、激光熔化焊接、激光復合焊接等先進的制造技術(如表1)。由于焊接部位不同,焊接接頭的型式與評價標準以及焊縫存在的焊接缺陷也不同,從而導致焊縫返修標準也存在一定差別。
激光焊原理與設備
激光焊采用激光作為焊接熱源, 機器人作為運動系統。激光熱源的優勢在于:具有極高的加熱能力,能把大量的能量集中在很小的焊接點上,所以具有能量密度高、加熱集中、焊接速度快、焊接變形小等特點,可實現薄板的快速連接。
當激光 光斑上的功率密度足夠大時(大于106W/cm2),金屬在激光的照射下迅速加熱,其表面溫度在極短的時間內升高至沸點,金屬發生氣化。金屬蒸汽以一定的速度離開金屬熔池的表面,產生一個附加應力反作用于溶化的金屬,使其向下凹陷,在激光斑下產生一個小凸坑。隨著加熱過程的進行,激光可以直接射入坑底,形成一個細長的“小孔”。當金屬蒸汽的反沖壓力與液態金屬的表面張力和重力平衡后,小孔不再繼續深入。光斑密度很大時,所產生的小孔將貫穿于整個板厚,形成深穿透焊縫。金屬在小孔前方熔化,繞過小孔流向后方,重新凝固形成焊縫(如圖2),所以激光焊縫具有深而窄的特征。
激光復合焊接將兩個電弧進行復合,兩個電弧相互影響和支持,形成的熔池比激光熔焊要大(如圖3),因而搭橋能力更好,允許更大的焊接裝配間隙。同時,激光復合焊接的熔池比MIG焊的要小。
一汽大眾激光焊接接頭型式
激光焊縫,保證了其整體尺寸的精確性、車身強度和剛性。激光焊接主要是在車身的頂蓋和側圍的連接、底板不等厚板的拼接、車門內板不等厚板的拼接、底板與側圍、后圍板、前后風窗口以及門框等連接處。
常用的激光焊接所連接的 焊接材料有冷軋鋼板、低于0.02%碳當量的熱軋鋼板、熱鍍鋅和電鍍鋅鋼板,一般要求鋼板的材質必須符合相應的技術標準,以實現優質連接。要實現優質連接主要取決于三個要素:即設計、加工和材料。圖4 給出了焊接的可能性,以及在接頭設計和加工制造之間獲得優質焊接接頭的相互關系。除了設計的一般性原則外,諸如設計端面的處理、必要的焊前準備、焊接接頭屬性的描述、 焊接工藝、夾緊技術、激光束的可達性、加工精度和焊后返修都起到相應的作用。
焊縫在進行返修時需滿足如下要求:注意不要影響總成的功能尺寸的變化和設計要求,返修后能保證車身總成的尺寸穩定性、較好的表面精度和較好的接頭抗腐蝕性。另外,在返修時涂膠區域不允許焊接,以免造成不必要的焊接變形,影響焊接返修接頭的質量。在法蘭邊較短(小于或等于8mm)時,或者不能鉆孔返修的區域,要在搭 接口使用貼角焊縫,或者在對接焊縫處用MIG或者 等離子釬焊。所修復的焊縫長度必須至少等于焊縫缺陷位置的長度。在采取電弧釬焊(MIG, WIG, Plasma)等手段返修時,事先必須分析母材的焊接性,如通過拉延實驗分析其屈服強度和斷裂強度,通過金相手段分析其焊縫以及焊縫與熱影響區的組織與形貌等。在一些特殊的不可能返修的情況下,如在連接時因熱量導致總成變形的車身,根據標準用這種使母材加熱的返修辦法則是不允許的,必須考慮冷膠膠接的方法或其他冷加工處理方法。

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