激光焊接技术在汽车顶盖的应用
【摘 要】激光作为焊接光源，具有能量密度较高的特点，并且焊接和切割速度快，它的加热范围较小，激光焊接的形变量小和深宽比大，焊缝较窄，激光加工的热影响区域窄，广泛应用于白车身制造领域。本文对激光焊接工艺进行了简要叙述，并对顶盖激光钎焊组成、零件搭接结构及与传统焊接的优缺点进行了详细阐述，为激光焊接技术在汽车顶盖上的应用提供参考。
【关键词】汽车顶盖；激光焊接；搭接方式
前言
激光焊接技术从上世纪80年代起，运用于汽车车身制造领域中。激光焊技术的应用是光学与金属学的融合，在薄板焊接领域开辟了新的技术。激光作为焊接光源，具有能量密度较高的特点，并且焊接和切割速度快，它的加热范围较小，激光焊接的形变量小和深宽比大，焊缝较窄，激光加工的热影响区域窄，广泛应用于白车身制造领域。近年来，激光焊接设备成本逐渐降低，进而使白车身激光焊接技术得到了推广，在汽车制造的各个领域激光焊接技术得到广泛的应用，成为汽车激光焊接领域的新发展方向。
本文对激光焊接工艺进行了简要叙述，并对顶盖激光钎焊组成、零件搭接结构及与传统焊接的优缺点进行了详细阐述，为激光焊接技术在汽车顶盖上的应用提供参考。[1]
1.激光钎焊工艺
激光钎焊是激光焊接技术中的一种焊接方法，由于激光能量密度大，可以作为热源，将焊丝材料熔化，激光光速经过聚焦后照射在焊丝表面，在机器人的牵引下，将熔化了的焊丝材料浸润到被焊接的工业零件上，已经被激光熔化的焊丝填充到要焊接的生产工件之间，使生产工件间得到很好的结合，完成激光焊接工艺。
在激光钎焊工艺中，整个焊接系统的焊接速度很快，而且焊缝比较狭窄，对外关也有很高的要求，焊接系统对焊接参数要求精确，同时对焊接工艺中的送丝速度较精确，对平稳性要求也很高。
激光钎焊时钎料的选则也很重要，要求解约成本，符合设计要求，要结合目材的性能，达到激光钎焊的加热调件。这就要求所选用的钎料要有合适的熔点，它的成分要均匀，稳定性要好，并有良好的润湿性，钎料与目材结合的牢固，具有激光热源的性质，符合节约成本的要求。
2.激光钎焊的优点
激光焊接技术中的激光钎焊具有很多优点，在工业生产中，进行激光钎焊的母体材料本身并不熔化，仅仅是使选用焊接钎料熔化，这样可以焊缝表面非常的光滑，使生产工件的外形更加美观，其密封性也比较好，使工件的焊接区域得到了大大的加强，提升了安全性能。
热量输入很小、焊缝深宽比大，热影响区小导致工件收缩和变形很小，无需焊后矫形；焊缝强度高、焊接速度快、焊缝窄且通常表面状态好，免去焊后清理等工作；焊接一致性、稳定性好一般不加填充金属和焊剂，并能实现部分异种材料焊接；光束易于控制，焊接定位精确易于实现自动化；非接触加工，不需对工件加压和进行表面处理；焊点小、能量密度高、适合于高速加工；短时间焊接，既对外界无热影响，又对材料本身的热变形及热影响区小，尤其适合加工高熔点、高硬度、特种材料；无加工噪音，对环境无污染；可通过光纤实现远距离、普通方法难以达到的部位、多路同时或分时焊接；很容易改变激光输出焦距及焊点位置；很容易搭载到自动机、机器人装置上；与其它焊接工艺方法比较激光焊接的前期投资较大；被焊工件装配精度高，相对而言对光束操控的精确性也有较高的要求；由于飞溅大，穿透焊的焊缝相对于钎焊更粗糙，但是强度比普通点焊要强得多。
3.激光钎焊的局限性
在实际工业生产中，在激光焊接过程中，工件间的焊缝质量缺陷依然会出现。它受到很多因素的影响，例如操作空间狭小，设备陈旧老化，焊接过程轨迹设计不合理等。
激光钎焊中容易出现气孔，例如母材表面不够清洁，镜片的损耗度大，钎焊丝与激光束交点相对位置发生改变等，焊缝表面都会出现不同状态的气孔；焊接过程中出现熔焊型焊缝，它要受到送丝机构稳定性的影响，受到送丝过程中钎焊丝剩余多少的影响；容易出现焊缝单边焊，在进行工件间的焊接前，激光束与导嘴处焊丝的相对位置发生偏移，最终只能导焊丝与板件单边接触，不能在生产工件的焊缝间隙内润湿和铺展；焊缝开始或者尾端，钎料没有填满焊缝，或者钎料伸出焊缝表面；被焊接的板件被激光烧穿，受到机器人故障的影响，冷却水温度的影响；容易出现激光熔焊与激光钎焊共存的现象，受送丝机构中钎焊丝剩余量多少的影响，受到送丝机构稳定性的影响。
4汽车顶盖激光焊接应用
汽车工业中的激光焊接技术在往往应用在汽车的白车身焊接上。因此，利用激光焊接技术不但可以使汽车车身的抗冲击性得到改善，还可以使得车身的抗疲劳效果増加，进而提高汽车的品质。而汽车的激光焊接往往是通过计算机或PLC进行控制的，所以灵活性以及控制的机动性较高。比如汽车顶盖应用激光焊接技术不单单具有较高的效率，还具有一定的经济性，并在抗腐蚀、强度及外观质量等方面表现出巨大的优势。
4.1激光顶盖钎焊的系统组成
汽车顶盖激光焊接系统中激光发生器需要在使用的过程中配合冷却系统，骑在工作的过程中会产生一定的激光，并经过耦合之后生产具有规定波长的激光束，进而配合焊接。激光焊接接頭是在传输焊接激光后，使其经过光头校准处理，并使得其成为具有一定加工性能的激光束。焊接系统中的机器人系统主要承担焊接轨迹行走的作用，同时对焊接中的参数进行合理的调节，并给出准确的电气信号。PLC控制台是焊接系统的司令部，其主要对焊接系统中的各个电气进行实时的处理，并对机器人进行协调和处理，同时实现自动化系统的信号交换。
4.2顶盖激光钎焊银金搭接方式
相较于电阻点焊的侧围和车顶分别作翻边用于连接，激光轩焊车顶连接为满足激光钎焊的焊接工艺要求，激光轩焊车顶连接为满足激光钎焊的焊接工艺要求，车顶和侧围连接某一剖面处形成点接触，整个接触区域形成线接触。由于零件制造公差、压紧工装和车顶自重等，导致车顶易下沉。为了克服车顶下沉被周边搭接面顶起，将顶盖和侧围接触面左右形成倒梯形，吸收顶盖下沉的容差，达到造型的光顺、车顶和侧围能有效接触和满足制造工艺需求，同时也获得良好的外观质量。
侧围与水平方向的夹角，保证车顶和侧围之间足够接触；车顶和侧围5°夹角，确保车顶和侧围有一个正切直线接触；圆角半径：圆角的最小要求，为了提高整车的外观表现，减少焊丝的填充，降低成本；圆角半径：造型要求一个连续特征线穿过车顶和风窗玻璃；执行楔型块需求平面，造型要求一个连续特征线穿过车顶和风窗玻璃。焊接平面需求，焊接搭接面需要连续，这个特征确保焊接搭接面为-平面，不允许出圆角，保证l.5mm交叉平面；ll.5mm平面要求，确保车顶和侧围的接触；模具成型约束：折弯边。
4.3焊接过程需要做到四点合一
为了使得激光雕自动系统的工作更加的安全、稳定、可靠，使得自动化焊接系统中的机器人TCP点、激光焦点、焊丝端点、十字光标中心，四点合一。这样才能提高激光顶盖钎焊的系统的作业效率及焊缝质量。
结语
激光钎焊焊缝外观质量良好，焊缝均匀、平整光滑，外形美观，激光焊接不仅有着焊接效率高，外成形美观，热影响区域小及精度高等一系列优点，更重要的是它大大增强了车身焊接强度。提高了汽车的安全品质。我们需要对激光钎焊降低运营成本降低方面进行进一步的研究。可考虑研发更低成本的焊丝替代现有的CuSi3焊丝，或者研究合适的钣金搭接方式及焊接参数取消焊丝，这样激光焊接技术可以更广泛的应用在汽车行业当中。
参考文献：
[1] 周丽.汽车顶盖激光焊接钎焊研究[J].科技传播，2012，（21）：81+87.
[2] 蒋伟光，熊志明.浅议激光焊接在汽车顶盖的应用[J].时代汽车，2016，（12）：58-59.
[3] 汤旭东，徐平.汽车车身制造的激光焊接应用[J].自动化博览，2012，（03）：48-51.
（作者单位：长城汽车股份有限公司）