車(chē)身激光焊接接頭設(shè)計(jì)形式與質(zhì)量

激光焊接技術(shù)以其較高的能量密度、較快的焊接速度、較高的電弧穩(wěn)定性和優(yōu)質(zhì)的焊縫成型在汽車(chē)車(chē)身制造過(guò)程中得到廣泛應(yīng)用，激光焊接技術(shù)的使用使車(chē)身的前撞、后撞、側(cè)撞都能符合較高的設(shè)計(jì)要求，但在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)焊接接頭的設(shè)計(jì)和焊縫質(zhì)量的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以及焊后焊縫的返修也相應(yīng)提出了更高的要求。

在開(kāi)發(fā)激光焊接新技術(shù)方面，激光技術(shù)在車(chē)身制造過(guò)程中經(jīng)歷了不等厚板激光拼接技術(shù)、車(chē)身激光焊接技術(shù)、激光復(fù)合焊接技術(shù)的發(fā)展歷程。

與單一的激光熔焊技術(shù)相比，激光混合焊接技術(shù)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)：高速焊接時(shí)電弧焊接的較高的穩(wěn)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(guò)焊絲可以調(diào)整焊縫組織結(jié)構(gòu)等。焊縫的設(shè)計(jì)型式和焊縫標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)隨著激光焊接技術(shù)的發(fā)展也不斷進(jìn)行著改變與完善，特別是近些年鍍鋅板、三層板和超高強(qiáng)鋼板的廣泛應(yīng)用，對(duì)接頭的設(shè)計(jì)型式提出了更高的要求，焊縫標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)也不斷細(xì)化和優(yōu)化，這不僅為制造優(yōu)質(zhì)的焊接車(chē)身提供了保證，也為焊縫的返修提供了理論依據(jù)。

目前，一汽大眾公司在Audi C6、Golf A6、寶來(lái)、速騰、邁騰、Model X等幾乎所有品牌車(chē)型的車(chē)身制造過(guò)程中都不同程度地采用了激光切割、激光熔化焊接、激光復(fù)合焊接等先進(jìn)的制造技術(shù)（如表1）。由于焊接部位不同，焊接接頭的型式與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以及焊縫存在的焊接缺陷也不同，從而導(dǎo)致焊縫返修標(biāo)準(zhǔn)也存在一定差別。

激光焊原理與設(shè)備

激光焊采用激光作為焊接熱源，機(jī)器人作為運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。激光熱源的優(yōu)勢(shì)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(diǎn)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(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)薄板的快速連接。

當(dāng)激光光斑上的功率密度足夠大時(shí)（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(shí)間內(nèi)升高至沸點(diǎn)，金屬發(fā)生氣化。金屬蒸汽以一定的速度離開(kāi)金屬熔池的表面，產(chǎn)生一個(gè)附加應(yīng)力反作用于溶化的金屬，使其向下凹陷，在激光斑下產(chǎn)生一個(gè)小凸坑。隨著加熱過(guò)程的進(jìn)行，激光可以直接射入坑底，形成一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的“小孔”。當(dāng)金屬蒸汽的反沖壓力與液態(tài)金屬的表面張力和重力平衡后，小孔不再繼續(xù)深入。光斑密度很大時(shí)，所產(chǎn)生的小孔將貫穿于整個(gè)板厚，形成深穿透焊縫。金屬在小孔前方熔化，繞過(guò)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(fù)合焊接將兩個(gè)電弧進(jìn)行復(fù)合，兩個(gè)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(shí)，激光復(fù)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(chē)身強(qiáng)度和剛性。激光焊接主要是在車(chē)身的頂蓋和側(cè)圍的連接、底板不等厚板的拼接、車(chē)門(mén)內(nèi)板不等厚板的拼接、底板與側(cè)圍、后圍板、前后風(fēng)窗口以及門(mén)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(dāng)量的熱軋鋼板、熱鍍鋅和電鍍鋅鋼板，一般要求鋼板的材質(zhì)必須符合相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)連接。要實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)連接主要取決于三個(gè)要素：即設(shè)計(jì)、加工和材料。圖4 給出了焊接的可能性，以及在接頭設(shè)計(jì)和加工制造之間獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的相互關(guān)系。除了設(shè)計(jì)的一般性原則外，諸如設(shè)計(jì)端面的處理、必要的焊前準(zhǔn)備、焊接接頭屬性的描述、焊接工藝、夾緊技術(shù)、激光束的可達(dá)性、加工精度和焊后返修都起到相應(yīng)的作用。

焊縫在進(jìn)行返修時(shí)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(shè)計(jì)要求，返修后能保證車(chē)身總成的尺寸穩(wěn)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(shí)涂膠區(qū)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(zhì)量。在法蘭邊較短（小于或等于8mm)時(shí)，或者不能鉆孔返修的區(qū)域，要在搭接口使用貼角焊縫，或者在對(duì)接焊縫處用MIG或者等離子釬焊。所修復(fù)的焊縫長(zhǎng)度必須至少等于焊縫缺陷位置的長(zhǎng)度。在采取電弧釬焊（MIG, WIG, Plasma）等手段返修時(shí)，事先必須分析母材的焊接性，如通過(guò)拉延實(shí)驗(yàn)分析其屈服強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度，通過(guò)金相手段分析其焊縫以及焊縫與熱影響區(qū)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(shí)因熱量導(dǎo)致總成變形的車(chē)身，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)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。