激光角焊缝在白车身自动化生产上的可行性应用

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 激光角焊缝在白车身自动化生产上 的可行性应用 摘要：随着自动化生产要求越来 越高，激光焊在汽车行业应用是越来越 广泛。文章介绍了激光焊接常用的接头 形式以及搭焊中平焊缝（穿透焊）和角 焊缝（边缘焊）的区别，介绍了两种焊 缝方法的优劣势；并对激光角焊缝的可 行性进行了分析，同时提出可行性解决 的方法及实时跟踪系统的新技术。 中国论文网 /8/view-12976756.htm 关键词：激光角焊缝；激光边缘 焊；汽车安全件；实时跟踪；白车身； 自动化生产 文献标识码：A 中图分类号：TG456 文章编号： 1009-2374（2017）10-0139-02 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 DOI：10.13535/ki.11- 4406/n.2017.10.069 1 概述 随着自动化生产要求越来越高， 更加快速地生产零件，更好保证产品的 质量要求，激光焊接在汽车行业的应用 越来越广泛，因为激光焊接不仅可以减 少材料的使用，从而减轻白车身的重量， 并保证了强度要求，且提高了焊接的生 产效率，所以有越来越多的汽车厂家将 激光焊接工艺应用到实际的生产中。在 白车身的激光焊接接头形式主要有搭接 焊和对接焊两种。其中搭接焊以焊接位 置区分，一般常用有两种焊接方式：一 为搭焊：平焊缝（穿透焊） ；二为搭焊： 角焊缝（边缘焊） 。我们来先了解两种 焊道的差异性，如图 1 和图 2，平焊缝 是激光光束先作用于顶板并穿透顶板从 而作用于底板的焊接方式。角焊缝是激 光光束同时作用于两板的焊接方式。其 中平焊缝的焊接方式在汽车地板、门盖、 侧围、总车架等零部件的应用比较广泛， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 相对而言，角焊缝方式应用比较少。 2 激光角焊缝劣势 为什么平焊缝在白车身搭焊会相 对较广，而角焊缝较少。行业内，众所 周知，激光焊对搭焊工件之间的间隙要 求是比较高的，在激光焦距选择合理的 情况下，其工件之间的贴合间隙应不超 过焦斑的 1/3，否则将会大大地影响焊 接的效果。但对于角焊缝的搭焊来说， 它不仅对板材的贴合间隙有一样的要求， 而且还进一步对板材的切边也提出了要 求。 对于汽车白车身的零部件来讲， 通常都是采用冲压成形的加工工艺，以 白车身的 A 柱或 B 柱为例，一般的行 业切边精度在 1.01.4mm 之间，对于 此类型工件的特性，我们一般选择是低 于 0.6mm 焦斑的激光头，在此精度下， 意味着角焊缝方法的焊接，如果是采用 自动化的方式很容易造成实际焊接的位 置与工件所需的焊接位置不一致，从而 影响焊接质量，如果需要保证角焊缝的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 焊接质量，用新增加生产设备或采用新 的加工方法来保证板件的加工精度，那 显然是一笔不菲的投资。这就造成了激 光角焊缝实现自动化生产成本高，极大 地制约了其广泛的使用。 3 激光角焊缝优势 虽然有其上述的制约性，但激光 角焊缝也有其优势： 3.1 材料的节省 常规的行业标准，平焊缝的焊接 位置要求焊缝中心到边缘的距离大于 3mm，三层板的平焊缝要求距离大于 5mm，采用角焊缝，因为外部焊接的原 因，则可不需要此值，如图 1、图 2 说 明。以白车身的 B 柱零件来讲，一般的 材料为高强度钢或热成形钢，材料价格 比较昂贵，通过角焊缝的方式可以节省 不少的材料成本。 3.2 不同厚度工件组合可焊范围 激光焊在白车身通常焊接不高于 3mm+3mm 薄板件，如果焊接 1mm+1mm 的板件时采用两种焊接工艺 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 都是可行的。但焊接 3mm+2mm 的组合 工件时，在激光功率合适的情况下，采 用两种焊接工艺都可以将其有效焊接在 一起，且能保证强度。但在平焊缝焊接 方式下，由于需要保证焊接强度，激光 功率会较大，在此功率下会对顶板的表 面损坏非常大，需要进行后处理，会造 成有多余的工序，按汽车生产厂家的标 准来说这是不能接受的。而采用角焊缝 就可以保证强度同时也能兼合表面质量， 在不同厚度工件组合焊应用受限制更少。 3.3 焊接功率与焊接强度 （1）要达到同样的剪刀力等强 度要求，两者要求的 d 值是不同，如图 1 和图 2 所示，以 1.5mm+1.5mm 工件 说明。平焊缝 d0.8t，角焊缝 d0.6t，A 值越高，需要功率也越高， 从节能角度来看角焊缝优势更大； （2）从焊缝本身来讲，由于角焊缝的 结构性决于其抗剪性能高于平焊缝，也 更加适合汽车白车身中 A 柱和 B 柱等 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 重点安全件的焊接。 3.4 镀层工件的焊接 对于有镀层的板材来说，例如镀 锌板，采用平焊缝焊接方式时是不能让 板材过于良好的配合，需要在板材与板 材之间有一定间隙，通常在 0.10.2mm 之间，激光焊接下会产生 锌气体，这种气体对于焊接效果是有害 的，必须有间隙使锌气体有效的排出， 但间隙又不能过大，过大会同样也影响 其焊接效果，因此要采用一定的措施来 解决问题。比如，通过改变板材的冲压 形面或控制夹具压紧力量或增加衬垫等 方法，但不管采用何种方法，都会给设 计者带来新的设计难度或需要增加额外 的工装、设备等，而外部焊接的角焊缝 不需要考虑此间隙。 4 激光角焊缝自动化可行性 既然角焊缝有如此多的优势，那 有没有办法在不改变白车身冲压加工工 艺的情况下，使角焊缝焊接自动化生产 呢？答案是有的。视觉拍照系统应用随 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 之而来，它能对焊接所需要的焊缝位置 进行判断，并通过相应的控制器使机器 人控制激光焊接头移动到相应的位置。 但此系统也有不足之处，因为其采用方 式是机器人移动到焊缝附近先进行拍照 识别，再移动机器人进行焊接，不断循 环操作，直到焊接完成。相当于机器人 会多移动一倍的距离，几乎会增加一倍 的生产时间。以广汽传祺某热卖车型来 讲，对下游零部件生产厂家规划的节拍 是 55s/件，可谓是一秒寸金，增加时间 去采用新工艺生产，这显然不是最优的 选择，所以对于激光角焊缝，我们需要 一种更有效率的方法，使之更为自动化， 随着科技的进步，视觉实时跟踪系统应 运而生。它不仅有视觉拍照系统能对焊 缝进行识别且能在识别过程中实现同时 控制外部移动装置对实际的焊缝位置进 行准确焊接。现在国际上主要有 Precitec、Blackbird 等品牌，以 PRECITCE 为例，主要结构有激光焊接 头、视觉装置、移动装置等，如图 3。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 其检测原理如如图 4。通过此方法有效 地解决角焊缝对工件边线要求高的问题， 使之自动化生产更加高效率。目前有部 分具有相关研发能力自动化非标厂家已 经进行此焊接系统的研发集成，角焊缝 自动化焊接具有很高的可行性。如图 5 所示： 5 结语 随着汽车生产自动化程度越来越 高，汽车白车身在轻量化的同时也要保 证强度，激光角焊缝在白车身安全零部 件的使用会越来越广泛，因为激光角焊 缝的使用不仅仅进一步节省了材料的使 用，同时了节省能源，并能提高白车身