汽車行業(yè)中采用激光焊接的案例司空見慣，無論是白車身還是裝飾好的車，僅憑肉眼就能分辨的車身結(jié)構(gòu)就有頂蓋與后蓋，其他類似車門、門檻和齒輪等結(jié)構(gòu)雖不易被發(fā)現(xiàn)，整車也因為有了激光焊接的質(zhì)量保障而變得更加輕便節(jié)油，也更加安全。國內(nèi)激光企業(yè)對激光焊項目垂涎欲滴，苦于系統(tǒng)平臺搭建、工藝穩(wěn)定性等關(guān)鍵問題而望而卻步。華工激光法利萊，秉承多年從事汽車廠激光焊項目的豐富經(jīng)驗，從技術(shù)應(yīng)用的角度講述了項目的技巧，本次應(yīng)相關(guān)汽車廠的邀請，就相關(guān)技術(shù)問題，作一個全面的技術(shù)交流，內(nèi)容問答式進(jìn)行。
問題一：激光焊接在汽車行業(yè)的典型應(yīng)用，包括車門，底板，白車身等有哪些優(yōu)勢？
法利萊：就激光焊而言，是利用激光的高集中度的熱量，熔化或不熔化填充材料而將被焊母材連接在一起的過程。激光的瞬間溫度可高達(dá)6000℃，能量密度高，是其他熱源能量的100~1000倍，可實現(xiàn)大的深寬比焊縫，熱影響區(qū)小，焊縫變形小，密封性能好是其主要特色。針對不同工藝，其功效有所不同。
從圖中可以看出，針對白車身，激光釬焊焊縫均勻美觀，可直接作為外觀件來展示，焊縫一致性和密封性好，同時也減少了后期涂膠的煩惱。
圖1 飾好的車頂激光釬焊與點焊效果比較
圖2 光釬焊頂蓋效果與點焊頂蓋效果
激光釬焊白車身頂蓋：
● 光焊可明顯減少搭焊材料和密封條，以及密封膠的用量，減少工序；
● 光釬焊外觀成型美觀，且為連續(xù)焊縫，密封性好；
● 光釬焊熱量集中，一半作用于釬料，焊接變形小；
● 光釬焊時與板材無力作用，不存在點焊引起的板壓痕和變形缺陷
激光拼板焊車門：
● 縫處的熱應(yīng)變值較低，熱影響區(qū)小，通過激光束的聚焦給工件邊緣提供焊接需要的高能量，聚焦點的直徑可以達(dá)到零點幾毫米，保留了材料的原有成形性能；
● 需任何其他模具或工裝費用，焊縫較狹窄且平整，消除成形過程的不利影響，避免了破壞工具、模具的危險。
圖3 光拼板焊應(yīng)用于車門
圖4 光焊相對點焊的結(jié)構(gòu)變化
激光掃描焊門檻：
● 過激光頭內(nèi)部鏡片移動帶動光斑的移動，焊接速度快，最快可達(dá)50m/min；
● 實現(xiàn)500mm長焦距，大范圍焊接；
● 用軟件編程焊縫軌跡，從而實現(xiàn)焊接形狀的多樣性；
圖5 光掃描焊門檻圖 圖6 掃描焊軌跡及焊接特性
問題二：激光焊接有這么多優(yōu)點，針對具體的白車身，激光焊接對車身結(jié)構(gòu)有什么具體要求？對相關(guān)零件有什么具體要求？
法利萊：激光焊接屬于精密加工，速度高、變形小、強度好，對相應(yīng)結(jié)構(gòu)件的裝配尺寸及結(jié)構(gòu)件本身的型面尺寸要求比點焊有很大提高，以激光釬焊為例，對車身結(jié)構(gòu)要求：
● 蓋與側(cè)圍沖壓件變化，由原來翻邊變?yōu)闊o翻邊；
● 縫結(jié)構(gòu)的變化，頂蓋成50°角左右，折彎半徑1~2mm；
● 縫的間隙均勻且不大于0.3mm；
● 身定位精度要求見表；
圖7 蓋與側(cè)圍激光釬焊結(jié)構(gòu)
表1 身重定位精度要求
| 身尺寸偏差 | X向/mm | Y向/mm | Z向/mm |
| 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) | ±0.5 | ±0.7 | ±0.7 |
對零件要求：
對于頂蓋與側(cè)圍激光釬焊，對零件有位置公差和形位公差要求，
圖8 光釬焊頂蓋與側(cè)圍尺寸
表2 汽車廠對頂蓋與側(cè)圍尺寸要求
| 車型 | 位置度 | 形面公差 | 實際位置度 | 實際形面公差 |
| 某車型 | ±0.5 | ±0.3 | ±0.3 | ±0.2 |
| 其他車型 | ±0.75 | ±0.4 | ±01 | ±0.5 |
問題三：能否用具體數(shù)據(jù)談?wù)劙总嚿砑す夂竿顿Y回報分析？
法利萊：
以塑料基的頂蓋裝飾條為例，每臺車成本價格在單車50元以上，某些高檔的鋁基裝飾條為單車180元左右（根據(jù)高檔車于普通車的比例計算出），其成本節(jié)省量非常可觀（神龍數(shù)據(jù)）。
對于使用點焊而想借助激光焊的結(jié)構(gòu)，可減少15mm的接縫邊，由于可省去鑲邊，所以每輛車可消減150元的成本（大眾汽車數(shù)據(jù)）。
若四門內(nèi)板使用激光拼板焊，當(dāng)年產(chǎn)量達(dá)到30萬時，則每輛車可以降低成本50元，若左右前縱梁應(yīng)用激光拼板焊，當(dāng)年產(chǎn)量達(dá)到22萬時，則每輛車可以降低25元（江淮汽車數(shù)據(jù)）。
而使用激光焊僅需要水、氣、電、焊絲的消耗，除了前期設(shè)備投入，后期的使用維護(hù)費用非常低廉，通常一套激光焊接系統(tǒng)可穩(wěn)定運行10年，因此其使用成本小而所能創(chuàng)造的效益非常高。另外，考慮到車型升級換代，同一套激光焊系統(tǒng)可繼續(xù)使用，只需要重新設(shè)計夾具就行。
問題四：激光焊接作為一種革新的、先進(jìn)制造技術(shù)，應(yīng)用于白車身，對相關(guān)工裝及配套有什么要求？
法利萊：激光焊接是一種精密的加工工藝，對激光加工系統(tǒng)、車身定位及重定位精度、焊縫的裝配間隙都有要求，具體如下：
對激光加工系統(tǒng)的要求：主要體現(xiàn)在保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，目前多采用光纖激光器，配備光纖傳輸。為了維持激光功率的穩(wěn)定性，通過DI水冷卻，保證激光功率模塊在發(fā)光時的穩(wěn)定性，并通過TAB水保證DI水的運行要求，對水的監(jiān)控數(shù)據(jù)包括水溫、水流量、導(dǎo)電率等，同時對激光房還有使用溫度、濕度和參考露點的要求。傳輸光纖，通過對柔性的傳輸光路而使得激光應(yīng)用變得容易。但本身比較脆弱，自身折彎半徑不能小于200mm，使用過程中，通過橋架等結(jié)構(gòu)密封固定。
車身定位及重定位精度：激光焊接應(yīng)用于車身，是全自動加工的過程。對車身的定位和重定位精度有較高要求，這就對機運線的滾床和沖壓件的質(zhì)量以及裝配有較高要求。通常采用五道模或六道模工序控制車身沖壓質(zhì)量，采用帶定位銷的升降滾床來控制車身的重定位精度，并通過前道工序的加工質(zhì)量來保證激光焊縫的定位精度。因此，激光焊前期，需要在激光焊接前后工位對車身尺寸進(jìn)行3D測量。
圖1 身尺寸3D測量
焊縫的裝配間隙：對于激光熔焊，鍍鋅板的裝配間隙為0.1~0.15mm，以保證焊接時鍍蒸氣容易逸出；非鍍鋅板的裝配間隙為<0.1mm；對于激光釬焊，裝配間隙控制在0.3mm以內(nèi)。這就對工裝的裝夾效果提出挑戰(zhàn)。
圖2 頂激光焊用琴鍵式壓塊夾具
問題五：白車身激光焊與傳統(tǒng)點焊的比較，有哪些優(yōu)勢和不足？
法利萊：激光焊的主要特性是熱量集中，能實現(xiàn)大的焊縫深寬比，速度快能減小變形，且是一種無接觸的焊接，光纖激光器基本上免維護(hù)，具體應(yīng)用于汽車，優(yōu)勢主要體現(xiàn)以下方面：
● 光焊接速度快，焊接熱量集中，能實現(xiàn)大熔深的窄焊縫；
● 能量的控制，能實現(xiàn)焊接過程中小變形或無變形；
● 光焊密封性好，能減少車在行駛中的噪音；
● 光焊接是無接觸或無壓力焊接，過程中不會對板材本身造成影響，也不會出現(xiàn)點焊時容易造成的板材機械扭曲和波浪邊緣等缺陷；
● 光焊能消除點焊的易損件更換。
通過實驗發(fā)現(xiàn)，常規(guī)點焊所用的6mm電極帽的焊縫強度，等效激光熔焊焊縫長度為20mm（熔寬小于1mm時），即說明焊縫長度大于20mm，其強度就高于點焊強度。
圖3 焊強度等效激光熔焊焊縫長度的強度試驗
不足：
● 光焊光斑小能量集中，對沖壓件要求高；
● 光焊返修比其他焊接困難；
● 光焊工藝涉及光學(xué)、材料、電氣、機械等，對操作人員的要求高；
● 光器、激光頭等核心設(shè)備價格昂貴，初期投資相對較高。
問題六：白車身激光焊項目過程，對人員和設(shè)備的要求？
法利萊：白車身激光焊，按焊接工件分布特性，可以分為主線焊接件和非主線焊接件，主線焊接受前后機運線約束，不能隨意停機，因此，對人員和設(shè)備要求最高。非主線焊接件，也需要滿足相應(yīng)時間節(jié)拍（即CT）和焊接質(zhì)量要求，對人員和設(shè)備的要求也比常規(guī)點焊和氣保焊嚴(yán)格。另外，考慮到很多新建生產(chǎn)線，車身質(zhì)量是穩(wěn)定提升的過程，也相應(yīng)將此項內(nèi)容作為考慮點之一。我們提供設(shè)備的同時，也輸出設(shè)備操作和調(diào)試相關(guān)培訓(xùn)，確保在公司技術(shù)人員撤離現(xiàn)場汽車廠技術(shù)人員能夠銜接。
對設(shè)備的要求，主要體現(xiàn)在設(shè)備的穩(wěn)定性，功能安全性，因為激光加工設(shè)備昂貴，需要系統(tǒng)具備一定的防錯和防誤操作能力。備品備件明確采購周期，易損件提供跟換時間經(jīng)驗等。
表1 車身不同階段人員要求
| 階段劃分 | 對供應(yīng)商要求 | 對汽車廠要求 | 備注 |
| 車身試生產(chǎn) | 功能實現(xiàn)：電氣調(diào)試，實現(xiàn)PLC與機器人、焊機、激光頭、激光器、安全門等通訊及控制，試片試驗及車身試生產(chǎn) | 熟悉概況：熟悉激光器、激光頭、焊機、除塵設(shè)備等的工作原理、技術(shù)指標(biāo)及維護(hù)要求 | |
| 車身質(zhì)量不穩(wěn)定 | 數(shù)據(jù)分析：測量車身相關(guān)尺寸數(shù)據(jù)，提出改進(jìn)意見；試驗不同參數(shù)焊接穩(wěn)定效果；優(yōu)化焊接軌跡 | 培訓(xùn)人員：針對激光器、激光頭、焊機等設(shè)備及系統(tǒng)操作對相關(guān)電氣工程師、機器人工程師、維修工培訓(xùn) | |
| 車身質(zhì)量穩(wěn)定 | 缺陷分析：分析焊接缺陷產(chǎn)生原因并提出方案解決；查找漏洞并優(yōu)化 | 參與調(diào)試：培訓(xùn)合格的工程師參與調(diào)試，跟蹤焊縫質(zhì)量，查找并分析系統(tǒng)漏洞 | |
| 批量生產(chǎn) | 保障產(chǎn)量：確保系統(tǒng)穩(wěn)定，焊縫質(zhì)量穩(wěn)定，出現(xiàn)問題第一時間解決 | 解決問題：培訓(xùn)合格的工程師現(xiàn)場解決系統(tǒng)穩(wěn)定性、焊縫質(zhì)量問題 |
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