车身激光焊接接头设计型式与质量评价标准

1、车身激光焊接接头设计型式与质量评价标准一汽大众汽车有限公司规划部韩立军简介：激光焊接技术以其较高的能量密度、较快的焊接速度、较高的电弧稳定性和优质的焊缝成型在汽车车身制造过程中得到广泛应用，一汽大众迈腾车身的激光焊缝总长度达42mo激光焊接技术的使用使车身的前撞、后撞、侧撞都能符合较高的设计要求，但在产品设计过程中，对焊接接头的设计和焊缝质量的评价标准以及焊后焊缝的返修也相应提出更高的要求。关键词：车身；激光焊接；接头型式；质量评价标准中图分类号：TG453文献标识码：A0前言从20世纪80年代开始，激光技术开始运用于汽车车身制造领域，主要是运用激光焊接车身。激光 焊接设备使用的激光器主要有两

2、大类：Nd:YAG固体激光器，主要优点是产生的光束可以通过光纤传送；CO2激光器，可以连续工作并输出很高的功率。在开发激光焊接新技术方面，激光技术在车身制造过程中经历了不等厚板激光拼接技术、车身激光 焊接技术、激光复合焊接技术的发展历程。与单一的激光熔焊技术相比，激光混合焊接技术具有显著的 优点：高速焊接时电弧焊接的较高的稳定性、更大的熔深、较大缝隙的焊接能力、焊缝的韧性更好、通 过焊丝可以调整焊缝组织结构等。焊缝的设计型式和焊缝标准的评价随着激光焊接技术的发展也不断进 行着改变与完善，特别是近些年镀锌板、三层板和超高强钢板的广泛应用，对接头的设计型式提出了更 高的要求，焊缝标准的评价也不断细

3、化和优化，这不仅为制造优质的焊接车身提供了保证，也为焊缝的 返修提供了理论依据。目前，一汽大众公司在 Audi C6、Golf A6、宝来、速腾、迈腾、Model X等几乎所有品牌车型的车身 制造过程中都不同程度地采用了激光切割、激光熔化焊接、激光复合焊接等先进的制造技术（如表1）。由于焊接部位不同，焊接接头的型式与评价标准也不尽相同，焊缝存在的焊接缺陷也不同，从而导致焊 缝返修标准也存在一定差别。表1 一汽大众车型激光焊接部位数据统计以一汽大众迈腾车身为例，车身激光焊缝总长度高达 42nl焊缝的接头型式涉及顶盖激光钎焊时的对应用工位CADDYBORA A5BORA A4GOLF A4AUDI

4、 C5AUDI C6AUDI B6主焊顶盖设备VVVVVV前端VV白车身V密封槽一侧围Vnote:表示 HL4006D表示 HL3006D侧围V车门V后盖VV合计（27台）2211111接接头、前后风窗上沿的搭接I型接头、后流水槽处的搭接角焊缝以及前端的角接角焊缝等诸多形式。由于焊缝的型式不同， 激光焊接时的焊接方法、 参数、评价标准和焊后返修的标准均有所不同（如图1）。R-3271-LR15 mmR-3268-LR 50 mmR-3267-LR20 mmR-3201-LR1468 mm图1R-3271-LR15 mmR-3268-LR 50 mmR-3267-LR20 mmR-3201-LR

5、1468 mm图1迈腾车身俯视激光焊缝激光焊采用激光作为焊接热源，机器人作为运动系统。激光热源的优势在于：具有极高的加热能力，能把大量的能量集中在很小的焊接点上，所以具有能量密度高、加热集中、焊接速度快、 焊接变形小等特点，可实现薄板的快速连接。当激光光斑上的功率密度足够大时（大于106w/cm1.焊缝相对较少的加工费用2.1.焊缝相对较少的加工费用2.较少的装配调整费用3.由于焊缝没有贯穿截面，强度较低。4.存在不利的热流。5.焊点深度控制困难6.镀锌板必须考虑装配间隙的设计。7. S20.3t 2板，一般要求钢板的材质必须符合相应的技术标准，以实现优质连接。要实现优质连接主要取决于三个 要

6、素：即设计、加工和材料。图 4给出了焊接的可能性, 接头的相互关系。除了设计的一般性原则外，诸如设计 端面的处理、必要的焊前准备、焊接接头属性的描述、 焊接工艺、夹紧技术、激光束的可达性、加工精度和焊后返修都起到相应的作用。光通讯激光网光学网光电商情网要获得较好的激光焊缝，必须依据以下原则：接头是在激光的照射下迅速加热，其表面温度在极短的时间内升高至沸点，金属发生气化。金属蒸汽以一定的速度离开金属熔池的表面， 产生一个附加应力反作用于溶化的金属，使其向下凹陷，在激光斑下产生一个小凸坑。随着加热过程的进行，激光可以直接射入坑底，形成一个细长的“小孔”。当金属蒸汽的反冲压力与液态 金属的表面张力和

7、重力平衡后，小孔不再继续深入。光斑密度很 大时，所产生的小孔将贯穿于整个板厚，形成深穿透焊缝。金 属在小孔前方熔化，绕过小孔流向后方，重新凝固形成焊缝（如 图2）,所以激光焊缝具有深而窄的特征。激光复合焊接将两个电弧进行复合，两个电弧相互影响和支持，形成的熔池比激光熔焊要大（如图3）,因而搭桥能力更图2激光熔焊原理abc图3 激光或图2激光熔焊原理abc图3 激光或MIG激光复合焊接及 MIG焊 接头成形比较a激光焊，功率2000VY b 激光复合焊接，功率1500VVV=5.5m/min ； c-MIG 焊，V=11m/min的使用、激光焊机的功率和能量密度以及焊接时的焊接速度等。常用的激光

8、焊接所连接的焊接材料有冷轧钢板、低于0.02%碳当量的热轧钢板、热镀锌和电镀锌钢表2汽车车身激光焊焊缝常见接头型式与设计原则接头型式图示说明设计原则接头型式图示说明设计原则激光熔焊搭接 角焊缝复合激光焊搭 接角焊缝.镀锌板必须考虑装配间隙的设计，一般激光熔焊搭接 角焊缝复合激光焊搭 接角焊缝.镀锌板必须考虑装配间隙的设计，一般SP设计间隙范围为 0.050.2ms.f i 0.2mm.f 20.2mm.a 0.3mm平行板角焊缝fL* min平行板角焊缝fL* minmm且minmm4端部对接焊缝54端部对接焊缝5搭接接头焊缝.对于镀锌钢板而言，锌的挥发容易。.有利的热流分布。.较高的端面加工

9、精度要求，较好的 连续性、端面较窄的匹配间隙。.对于匹配的要求较高。以及在接头设计和加工制造之间获得优质焊接图4焊接性与影响因素的关系. S=ti, tit2以及在接头设计和加工制造之间获得优质焊接图4焊接性与影响因素的关系通过焊接区的相互连接而形成，对于每一种接头型式必须考虑工件的设计要求。焊缝的形式最终取决于 焊接端面的设计形式和加工准备的范围和型式。对于金属涂层钢板的使用，需注意连接区域必须设计排 气通道，缝隙的设计一般根据涂层的厚度在0.050.2mm之间选择，也可以通过设计一定的板材角度来解决。另外，工件的夹紧设计和预处理必须确保排气通畅。3激光焊接接头质量评价标准3.1汽车车身激光

10、焊接头内部常见质量评价标准焊接接头的质量缺陷一般分为表面缺陷和焊缝内部缺陷两大类，表面缺陷一般具有可视性，内部缺陷无法目视发现，必须通过相应的技术手段观察和发现，如借助于微观金相分析等手段观察等。表3显示了汽车车身激光焊焊缝内部常见缺陷及质量评价标准。表3汽车车身激光焊焊缝内部常见缺陷与质量评价标准序 号特征图示说明评价1未实现连接在接缝板之间没有连接不允许，必须返修工勿：% 国尊勿。勿 ：2熔合缺陷母材与焊缝的焊接连接不充分不允许，必须返修V/777.3焊缝下陷焊根向里凹tiJ *注:值彳 1切勿勿勿勿班娉 二；二二二；二；门二jSn在动态张力的情况下要注意由较大的 出出来的切口应力集中效应

11、-%不h允许的范围：对于整个焊缝长度hi.30.25t i,3不允许的范围：如果SN0.25t 1,3。4在整条单个焊 缝上焊缝突起， 焊缝根部也突 起f h1卜L1 hjh10.2t ih3 0.2t 3如果这种情况并不影响其焊缝的功能， 那也可以大于。5收弧处焊缝凹 陷许可：diW 2b如果对于外表面区或密封性有要求必 须返修，除非特殊要求.在连接层面最 小的焊缝宽度 bi 和 b2在各自的接缝层面要达到 bmin大于或等 于0.8t min的最小焊缝宽度。备注：焊缝宽度在不同的使用场合是不 同的，激光焊缝的宽度一般为1.0mm-2.0mm 间。缩孔横向切面示意图，一般可以在进 行破坏性试

12、验时同时进行。缩孔和其密度应使用纵向金相切面分析。对于单个缩孔。maxW 0.5t min和0 max 2b,并且在每30mm的焊缝 上出现1个以上的缩孔，则需要返修或 者延长焊缝。.在短于30mm缝上的缺陷应w整个 焊缝长度的10%.在可以直接看到的区域里不允许延 长焊缝，前提是这一区域不采取其他措 施也不会影响其密封性。如果焊缝质量 影响其密封性，则必须返修。L山k4焊缝的不连续性_dl.可存在偏差许可。如图所示，间断 距离d1和单位长度上定义间断地数量应 被给出。. ,殷大于 30mm必须采用 MIG MAG 或点焊进行点定，然后采用符合设计要 求的胶进行填充。.d1q5熔化的焊接飞溅1

13、* i *1 .焊接飞溅在法兰边上，如果不影响 焊缝功能，视为符合设计要求。.焊接飞溅在目视区域和腐蚀应力区 域里，使它们不影响焊缝功能。:;产 f *V*16焊缝法兰边一侧溶 化、烧穿L11不允许，必须返修焊缝在进行返修时需满足如下要求：注意不要影响总成的功能尺寸的变化和设计要求，返修后能保 证车身总成的尺寸稳定性、较好的表面精度和较好的接头抗腐蚀性。另外，在返修时涂胶区域不允许焊接，以免造成不必要的焊接变形，影响焊接返修接头的质量。在法兰边较短(小于或等于8mm)时，或者不能钻孔返修的区域，要在搭接口使用贴角焊缝，或者在对接焊缝处用MIG或者等离子钎焊。所修复的焊缝长度必须至少等于焊缝缺陷

14、位置的长度。在采取电弧钎焊( MIG, WIG, Plasma )等手段返修时，事 先必须分析母材的焊接性，如通过拉延实验分析其屈服强度和断裂强度，通过金相手段分析其焊缝以及 焊缝与热影响区的组织与形貌等。在一些特殊的不可能返修的情况下，如在连接时因热量导致总成变形 的车身，根据标准用这种使母材加热的返修办法则是不允许的，必须考虑冷胶胶接的方法或其它冷加工 处理方法。4 结论一汽大众作为国内知名的汽车制造企业，一直以技术领先引导国内汽车制造技术的发展方向，激光 焊接及其复合焊接技术的开发与利用，是一汽大众车身制造水平发生质的飞跃的重要标志。激光熔焊及 其复合焊接技术作为目前最为先进的焊接方法之一，实现了较高焊接速度与较好焊接质量的完美结合， 缩短了生产时间，并提高了生产效率，使一汽大众的产品更具有较强的信任度和市场竞争力。随着符合 产品设计要求的激光接