汽车前纵梁钢板激光填丝熔焊质量控制分析

汽车前纵梁钢板激光填丝熔焊质量控制分析

容贤欣

柳州宝钢汽车钢材部件有限公司 广西 柳州 545000

摘要：社会经济的高速发展，使得人们的物质需求与日俱增，这为汽车产业提供了广阔的市场前景。在此背景下，汽车的购买数量呈现直线式的增长，路上通行的汽车也越来越多。与此同时，汽车的质量安全也愈发被人们所重视，这就要求汽车制造企业在完善汽车各方面性能的同时，加强对汽车质量方面的控制，以此来确保汽车使用过程中的安全。鉴于此，本文将以汽车前纵梁钢板激光填丝熔焊为例，针对影响钢板激光填丝熔焊质量的因素作以分析，并提出相应的质量控制举措，以供同行业者交流和借鉴。

关键词：汽车前纵梁；钢板；激光填丝熔焊；质量控制

引言：新时期，社会在发展，时代在进步，汽车制造业应当与时俱进，积极学习新的理念，引进新的技术，在生产工艺以及生产内容上作出创新和改进，以便适应社会的发展，满足现代人的多样化需求。但从目前来看，汽车企业所生产出来的汽车，虽然在外形、性能以及油耗等方面在进行不断优化，但在汽车质量及安全方面还有所不足，特别是在汽车前纵梁方面，钢板激光填丝熔焊质量控制不到位，一旦汽车遇到碰撞事故，驾驶人员的安全性将难以得到保证。针对这种情况，应引起汽车制造企业的重视，并加大汽车生产过程中的质量控制力度，以便使汽车的安全性能够得到进一步提升。

1. 激光焊接技术概述

近几年来，在汽车制造领域，激光焊接技术应用得极为广泛，尤其是在车身零部件的焊接以及总成的装配连接方面表现得最为明显和突出。在汽车碰撞事故中，前纵梁可起到吸能作用，通过弯曲和压溃变形，可将60%左右的总碰撞能量承受下来^[1]。将激光填丝熔焊技术应用于汽车前纵梁制造之中，一方面，把焊丝添加在其中，能够使装配要求降低，焊接前的加工工序减少。另一方面，焊缝冶金成分可通过添加焊丝得到合理调节，进而使前纵梁的强度要求予以充分满足，并使车身的整体刚度得到进一步提高。

在钢板激光填丝熔焊中，由于焊接速度快、功率密度大等原因的存在，导致质量很容易出现缺陷，严重到一定程度甚至有可能引发停产。因此，有必要加强熔焊过程中的质量控制，以免造成不必要的后果。

2. 激光填丝熔焊控制因素

2.1焊接参数的设定

激光填丝熔焊的主焊接参数包括有：光斑尺寸、焊接功率、送死速度等。辅助焊接参数主要有侧向力（SA）、焊接下压力（TA）以及侧吹气刀流量。

1. 焊接功率。激光功率铁基材料对于波长不同的激光吸收率是有所不同的。就以通快1030nm波长的激光来说，其有30%左右的吸收率。根据焊接工艺有关规定，若需要下板深度的熔深至少达到0.4mm，在匹配其他参数后，需保持5000-6000W的焊接功率。

2. 光斑尺寸。其对焊接能量密度有着一定影响。就以高斯分布光源而言，在光斑中心区域会有能量集中。激光填丝熔焊，需要熔深达到一定程度。同时，为防止镀锌层烧损时有大量飞溅出现，需选取1.0-1.5,mm直径的光斑。

3. 送丝速度和焊接速度，应与光斑尺寸和激光功率具有高度的匹配性。单位面积能量输入完全取决于焊接速度，而焊接尺寸的大小则由送丝速度决定。

2.2 焊接轨迹的示教

ALO3自适应镜头是当前广泛使用的激光填丝焊加工镜组，其优点是能够根据实际焊接工件状态来对Z向以及Y向位置予以实时调整，以便使工件表面光斑尺寸的稳定性得以充分保证^[2]。因此，在对该镜组的使用时轨迹示数并不复杂，能保证TCP点运行速度不会发生波动，进而有效地对中于焊缝中心。在编程过程中，除非有超出跟踪系统容裕量的尺寸变化出现，否则对于圆弧等角度变化大的指令应禁止使用。

2.3 执行机构的校准

由于送丝机构与激光焊接设备未能在同一个子系统中，为使焊接质量得以保障， 就必须通过执行机构的校准。在焊接过程监控系统中，应保证激光光斑的中心处为送丝机构焊丝地伸出位置，并能见到送丝嘴。光斑与焊丝位置出现偏差，焊丝偏向下板或上板方向，促使单板上出现焊缝，从而引起焊缝偏移等缺陷的出现。

3. 过程质量问题

3.1 粘丝问题

粘丝，简单来说，就是在生产过程中焊丝与预设轨迹偏离，焊接到夹具上或板件非预设焊缝处，引起粘丝问题的原因以及相应解决措施如下所示：

1. 送丝问题。受送丝管接头损坏的影响，导致机器人移动与送丝控制难以同步进行，使焊丝在既定轨迹上偏离，最终促使粘丝的发生。在实际工作中，借助“焊接眼”监控可看出，在进行焊接的过程中，送丝速度难以保持稳定，且呈现出不断下降的态势，即便是激光功率中止，还仍然有送丝速度存在^[3]。通过对送丝系统检查可发现，送丝管接头受损严重，已经折断，继而导致特定位置处存在过大折弯角度的送丝管，从而引起窝丝情况的出现。在机器人从焊缝处驶离时，不能及时中断送丝，使得很多的送丝偏离到了夹具与上板位置，促使粘丝的形成。针对这一问题，在将损坏的送丝管更换之后，便能得到妥善的解决。

2. 零件变形导致零件没能在夹具中正确定位，零件在焊接处存在偏移，并焊接到了夹具或单板上。为此，应对致使零件变形的积放式输送版作以改进和优化，以便解决存在的问题。

3. 送丝机构旋转轴力平衡被破坏。送丝机构旋转轴力平衡，是对焊丝Y向(与焊缝方向垂直）定位予以追踪的力。在日常维护设备过程中，若过紧捆绑气管，可能会在特定位置将一个很大的侧向力给旋转轴，使送丝结构旋转轴力平衡受到破坏^[4]。同时，因焊丝偏移而在夹具上焊接的情况也可能出现。为了避免以上情况的发生，必须要开展相关的试验，来测试完整的激光聚焦系统运行轨迹，以此来保证焊接过程中不会出现气管或线缆张紧过度的现象，从而使送丝机构旋转轴平衡始终处于正常的状态。

3.2 焊接飞溅问题

在生产线刚开始投入运行阶段，焊接飞溅现象时有发生，不仅使焊接质量难以满足相关规范要求，还导致激光聚焦系统二级保护镜片过多消耗。针对以上问题，需采取以下举措：

1. 光斑尺寸作以优化处理。经相关试验证明，只有将光斑直径降低到1.5mm以下，才能有效地控制镀锌层烧损量，减少飞溅现象的发生率。同时，加大激光功率密度，增大焊缝熔深，也能显著的提升焊接质量。

2. 改进透光隔板。焊接飞溅的发生与光圈尺寸有着很大的关系。光圈尺寸较大，将无法有效的阻挡下方的飞溅。因此，在透光隔板的制作上，需要在透光能力得以保证的前提下，将光圈尺寸缩小，以便增强其阻挡飞溅的能力。

3. 优化设备维护方案。对通风设备进行定期清理维护，以便使激光房内烟尘过大的问题得以改善。换送丝内衬管定期更换，对丝嘴和气刀进行每日清洁。另外，激光聚焦系统应每天检查、清洁以及保养，一旦其不能正常工作，应及时更换。

结束语：

总的来说，本文针对汽车前纵梁钢板激光填丝熔焊过程中的质量影响因素及质量问题进行了详细介绍。从中可以知道这些问题的存在，不仅会导致焊接质量难以满足相关规范要求，还会造成严重的材料浪费。因此，作为汽车制造企业，应对钢板激光填丝熔焊中存在的质量问题予以充分的重视，并采取有效的办法来予以妥善解决，以此来推动自身的健康发展。

参考文献：

[1]张昭晗, 李佳兴, 马千里,等. 汽车前纵梁激光填丝熔焊接头组织性能分析[J]. 热加工工艺, 2018, 047(021):218-221.

[2]张林阳, 郑虹, 陈兵华,等. 汽车热镀锌钢板激光搭接焊与电阻点焊接头拉剪性能对比研究[J]. 汽车工艺与材料, 2020(2):13-17.

[3]侯宝辉, 宋艺, 王云浩,等. 曲线焊缝汽车钢板激光焊接专用夹具的设计和应用[J]. 上海金属, 2019, 041(006):103-108.

[4]许玲萍, 刘希豪, 邵东强,等. 汽车覆盖件冷冲压模具激光熔覆强化技术[J]. 锻压技术, 2019, 044(002):135-140.