李成整　李新　唐國(guó)勇　秦振中

摘 要：激光釬焊作為一種成熟的焊接連接技術(shù)，該工藝現(xiàn)多應(yīng)用于白車身頂蓋與側(cè)圍連接。對(duì)于汽車車頂激光釬焊工藝，焊接設(shè)備、焊接參數(shù)、零件匹配尺寸質(zhì)量、零件外觀質(zhì)量等因素的細(xì)微變化都焊接質(zhì)量產(chǎn)生影響。故在整個(gè)工藝質(zhì)量控制上，對(duì)該些影響因素的研究以及細(xì)化管理顯得尤為重要。文章針對(duì)某汽車品牌的車身頂蓋與側(cè)圍連接的激光釬焊工藝，結(jié)合產(chǎn)生問題點(diǎn)進(jìn)行逆向分析、改善焊接質(zhì)量，同時(shí)深入研究，形成正向的專項(xiàng)且細(xì)化的管理控制手段，保證激光釬焊質(zhì)量得以有效的管控。通過該過程的推進(jìn)開展，從中形成激光釬焊質(zhì)量故障類型與對(duì)策數(shù)據(jù)庫，進(jìn)而輸出對(duì)激光釬焊質(zhì)量管控的總結(jié)。

關(guān)鍵詞：激光釬焊工藝 焊接設(shè)備 焊接參數(shù) 零件匹配尺寸質(zhì)量 零件外觀質(zhì)量 激光釬焊質(zhì)量

Application of Spot Welding in Doors After Welding

Li Chengzheng Li Xin Tang Guoyong Qin Zhenzhong

Abstract： Laser brazing is a mature welding connection technology， and? the process is now mostly used in the white body top cover and side circumference connection. For automotive roof laser brazing process， welding equipment， welding parameters， part matching size quality， part appearance quality and other factors of small changes have an impact on welding quality. Therefore， in the whole process quality control， the study of these factors and the refinement of management is particularly important. This paper aims at the laser brazing process of a car brand's body top cover and side-circumference connection， combined with the problem point to carry out reverse analysis and improve welding quality. And at the same time， through in-depth study， a positive special and detailed management and control means is formed to ensure that the laser brazing quality can be effectively controlled. Through the promotion of this process， the type of laser brazing quality fault and countermeasure database are formed， and then the summary of laser brazing quality control is output.

Key words：laser brazing process， welding equipment， welding parameters， part matching size quality， part appearance quality， laser brazing quality

1 引言

汽車頂蓋與側(cè)圍均是整車白車身外觀覆蓋件，而時(shí)下大部分汽車的側(cè)圍與頂蓋均采用激光釬焊工藝進(jìn)行焊接連接。激光釬焊原理是采用激光光束作為熱源，通過發(fā)射器產(chǎn)生的激光在傳遞的管道中聚焦后，形成集中的光束照射在焊接焊絲表面，焊絲在激光光束供給能量的持續(xù)加熱下，熔化并形成高溫液態(tài)金屬，浸潤(rùn)到被焊零件連接處（焊縫），結(jié)合適當(dāng)?shù)耐獠織l件，液態(tài)金屬與被連接工件之間形成良好的冶金結(jié)合，完成焊接作業(yè)與零件的連接。

作為高質(zhì)量、高精度要求的激光釬焊工藝，對(duì)車體頂蓋與側(cè)圍的匹配間隙、焊接設(shè)備的穩(wěn)定性、參數(shù)的合理性、車體外觀質(zhì)量等均需較高的要求。在生產(chǎn)過程中，由于該類因素的影響，常發(fā)激光釬焊焊縫質(zhì)量不良：縮孔、針眼、堆疊、斷焊、塌陷等，造成產(chǎn)品質(zhì)量缺陷，影響整車質(zhì)量性能。

為完善優(yōu)化激光釬焊質(zhì)量，本次通過開展國(guó)內(nèi)自主品牌某款汽車頂蓋與側(cè)圍的搭接激光釬焊質(zhì)量提升課題與工作，進(jìn)行故障整改理論的實(shí)踐驗(yàn)證并細(xì)化各項(xiàng)管控因素的控制需求。本文以主要的故障問題點(diǎn)和整改措施的制定、執(zhí)行為路線，對(duì)激光釬焊的焊接質(zhì)量管控進(jìn)行總結(jié)，為后續(xù)工藝提升、新品開發(fā)提供防再發(fā)依據(jù)及材料。

2 故障類型1：工裝影響間隙類

以左側(cè)D柱上部焊縫塌陷、斷焊故障為主線，焊縫匹配間隙在0.09mm～0.9mm（標(biāo)準(zhǔn)要求≤0.3mm），為故障主要原因。通過要素調(diào)查，間隙超差為波動(dòng)值，即尺寸保證效果不穩(wěn)定。在對(duì)該尺寸形成的工藝線路進(jìn)行分析后，梳理出沖分件總成至車體拼合夾具等系列的關(guān)鍵因素，并逐一進(jìn)行檢查排查，析取出關(guān)鍵要求在于：側(cè)圍總成夾具上的后部?jī)?nèi)板定位機(jī)構(gòu)POST松動(dòng)，定位失效（圖1）。

對(duì)要因進(jìn)行處理恢復(fù)工裝穩(wěn)定性后，故障消失。為此建立了防再發(fā)的管控因素輸出，涉及焊縫尺寸管控的側(cè)圍線體外板總成/內(nèi)外板總成夾具、主線線體總拼夾具，對(duì)相應(yīng)影響焊縫的POST、定位等機(jī)構(gòu)，按周進(jìn)行專項(xiàng)點(diǎn)檢，進(jìn)行穩(wěn)定性監(jiān)控。故，焊接工裝穩(wěn)定性為重點(diǎn)控制要素。

3 故障類型2：零件影響間隙類

以左側(cè)B柱上部焊縫塌陷、斷焊故障為主線，焊縫匹配間隙在0.30mm～0.4mm（標(biāo)準(zhǔn)要求≤0.3mm），為故障主要原因。調(diào)查顯示，間隙偏差值為穩(wěn)定偏差，同步對(duì)相應(yīng)的尺寸形成工藝線路分析，對(duì)各項(xiàng)因素進(jìn)行深入調(diào)研梳理出關(guān)鍵要因：左側(cè)圍B柱上部沖壓件尺寸偏差。外板型面沖擊印，形成的局部沖擊印凹槽，兩側(cè)凸起中間凹陷，尺寸不平順，前后平行偏差達(dá)到0.3mm～0.5mm，致使在拼合整車后，該處位置焊縫間隙變大，焊接后產(chǎn)生斷焊塌陷故障（如圖2）。

處理整改故障要素，恢復(fù)質(zhì)量效果。專項(xiàng)針對(duì)因素進(jìn)行建立了沖壓件側(cè)圍外板、頂蓋外板在焊縫區(qū)域匹配型面的尺寸偏差平行度的要求，即在300mm長(zhǎng)度范圍內(nèi)，型面尺寸的共面度偏差，必須小于或等于0.3mm，從而控制沖壓件型面的平順性。所以，沖壓件激光焊縫型面的平順性為重點(diǎn)控制要素。[1]

4 故障類型3：油污、粉塵影響外觀類

以兩側(cè)不固定位置的局部、整條焊接焊縫匹配面存在油污、粉塵等外觀質(zhì)量問題為主線，在激光焊接時(shí)，由于光源觸碰該類物質(zhì)而產(chǎn)生光炸開、熱熔散等因素，造成焊接焊縫產(chǎn)生縮孔/針眼/斷焊等故障。以激光焊接工位位置為準(zhǔn)，向后延伸梳理車身生產(chǎn)的工藝路線，主要存在影響因素為：沖壓零件自帶、分總成（側(cè)圍總成、頂蓋總成）焊接后產(chǎn)生、拼合總成（白車身總成）焊接后產(chǎn)生等（如圖3）。

通過在頂蓋總成上件人工工位、側(cè)圍總成預(yù)拼拼合人工工位建立外觀質(zhì)量清潔處理崗位，操作員工過線流水生產(chǎn)時(shí)，對(duì)每臺(tái)車進(jìn)行擦拭清潔激光焊縫位置型面，消除前工序帶來的外觀質(zhì)量影響。在機(jī)關(guān)焊接工位至側(cè)圍總成、頂蓋上件工位之間的流水工位也存在空氣落灰、機(jī)器設(shè)備操作攜帶的落灰、雜質(zhì)沾附在焊接型面上，同步在激光焊接工位前增加自動(dòng)吹氣清潔焊縫的工作，進(jìn)一步消除外觀不良的產(chǎn)生。激光焊縫零件外觀的清潔情況為重點(diǎn)控制要素。

5 故障類型4：膠污雜質(zhì)影響外觀類

以左/右側(cè)C柱上部位置的全景天窗車型為主線，受到全景天窗固有的結(jié)構(gòu)膠在其他工位焊接時(shí)沾附到焊縫表面的影響，在激光焊接時(shí)，光源觸碰炸開，形成焊縫穿孔、針眼、燒黑等故障。根據(jù)實(shí)際故障，進(jìn)行工藝路線調(diào)查，識(shí)別出產(chǎn)生膠污的具體工位，主要存在與兩個(gè)位置的影響附著：1、在總拼工位之后頂蓋拼接工位之前的補(bǔ)焊工位上，自動(dòng)化焊鉗焊接焊接粘槍附著，攜帶流掛到焊縫外觀面上;2、總拼工位定位夾持壓至并附著，攜帶流掛到焊縫外觀面。此兩個(gè)原因均同步反映出，焊點(diǎn)、工裝等工藝設(shè)計(jì)不符合質(zhì)量產(chǎn)品的保障要求，同步反應(yīng)出，客戶的意識(shí)以及相應(yīng)激光焊控制嚴(yán)密的特點(diǎn)。

在針對(duì)故障原因進(jìn)行：1、優(yōu)化焊接焊點(diǎn)工藝，將此次焊點(diǎn)的焊接工藝位置移動(dòng)至人工涂膠之前，防止涂完膠體結(jié)構(gòu)膠之后焊鉗焊接焊點(diǎn)所致;2、消除總拼工位零件夾持塊與零件的干涉，規(guī)避流掛。形成管理、技術(shù)要求，在后續(xù)、后期開發(fā)的車型上，規(guī)避設(shè)計(jì)不合理等問題。故，匯總后可知，激光焊縫零件外觀的清潔情況為重點(diǎn)控制要素。[2]

6 故障類型5：焊絲影響故障類

以焊絲在盤內(nèi)打卷、錯(cuò)位、拉結(jié)等因素為主線，致使焊絲卡滯、拉扯不出絲，產(chǎn)生激光焊長(zhǎng)距離、大范圍斷焊（未焊接）的故障。該類型故障主因確認(rèn)在于焊絲材料上，焊絲桶內(nèi)綁扎、綁接，要求順暢無打折。在主機(jī)廠內(nèi)的焊絲絲桶已無法開展識(shí)別檢查，故對(duì)焊絲的控制要求在于供應(yīng)商內(nèi)生產(chǎn)工藝、質(zhì)檢的合理規(guī)劃和執(zhí)行，并推進(jìn)月底控制檢查報(bào)告。故，激光焊焊絲的質(zhì)量控制為重點(diǎn)控制要素。

7 故障類型6：焊接速度異常故障類

以焊接速度監(jiān)控異常為主線，產(chǎn)生的速度異常，出絲不均，光源熱影響后，產(chǎn)生焊接熔料不均勻，焊縫粘接不順暢，扯絲故障并造成設(shè)備自動(dòng)保護(hù)報(bào)警，停止作業(yè)，產(chǎn)生斷焊、不焊接故障。主要以設(shè)備硬件進(jìn)行檢查，對(duì)送絲管開管檢查，對(duì)送絲運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢查。鎖定為送絲管內(nèi)石墨塊與焊絲摩擦，長(zhǎng)時(shí)間積灰跡堵管的要因，致使送絲異常而產(chǎn)生故障。

針對(duì)送絲管的異常因素，進(jìn)行修復(fù)，消除灰跡后故障得以消除。同步，為防止后續(xù)的再發(fā)，在控制的要素要求上，列出了定期檢查清理管潔凈的要求，并作監(jiān)控項(xiàng)進(jìn)行管理，激光焊送絲管的潔凈要求控制為重點(diǎn)控制要素。[3]

8 故障類型7：光斑偏移異常故障類

以光斑監(jiān)測(cè)為主線，光絲對(duì)中度偏差量0.6mm的范圍要求，進(jìn)行檢查監(jiān)控。焊絲與光源中心偏移量超出范圍后，將產(chǎn)生光源熱熔量不足，焊絲受熱不均勻，單側(cè)熔料不足以填充完滿焊縫，產(chǎn)生局部、全部焊縫位置不固定的咬邊、焊偏、斷焊等故障。所需對(duì)策，進(jìn)行恢復(fù)對(duì)中度，即可優(yōu)化并消除故障。針對(duì)性的定期檢查光源對(duì)中的事項(xiàng)，主要是紅光對(duì)中檢查和光斑對(duì)中檢查。光斑對(duì)中檢查受操作方式的影響，不能做到每日點(diǎn)檢，但作為紅光檢查后的補(bǔ)充確認(rèn)檢查。紅光檢查為每日確認(rèn)檢查，但對(duì)于檢查的事項(xiàng)中，紅光與光絲對(duì)中要求在于0.6mm，無法進(jìn)行讀數(shù)確認(rèn)，故常產(chǎn)生未能識(shí)別而致使故障產(chǎn)生。針對(duì)于此，制定的統(tǒng)一對(duì)中要求，在鋼尺3mm鋼尺范圍內(nèi)，進(jìn)行判斷，單側(cè)邊光照于3mm以內(nèi)后即判斷偏移進(jìn)行恢復(fù)調(diào)整。激光焊光絲對(duì)中度的控制為重點(diǎn)控制要素。

9 故障類型8：SA偏擺異常故障類

以激光頭SA方向偏擺的方向及要求為主線，進(jìn)行監(jiān)控檢查焊接質(zhì)量。當(dāng)偏擺出現(xiàn)異常時(shí)，焊縫故障的表現(xiàn)主要為焊偏，且整條或較長(zhǎng)距離的焊偏故障。常態(tài)下的偏擺設(shè)定的作用主要是作為焊縫左、右側(cè)偏差的情況下，進(jìn)行反向回?cái)[糾正的輔助。頂蓋與側(cè)圍相比，頂蓋低于側(cè)圍，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)及構(gòu)造上，已經(jīng)決定激光頭的偏擺需求的設(shè)定必須朝側(cè)圍一側(cè)實(shí)施。當(dāng)焊縫位置相對(duì)軌跡偏移時(shí)，通過設(shè)備自身的偏擺力進(jìn)行矯正，并完成焊接作業(yè)。激光焊偏擺力方向的控制為重點(diǎn)控制要素。[4]

10 故障類型9：支架尺寸故障類

以行李架支架對(duì)頂蓋強(qiáng)擠頂起變化為主線，造成焊縫間隙變大，致使激光焊斷焊故障產(chǎn)生。以制造工藝路線為調(diào)查要素，經(jīng)側(cè)圍、總拼線的定位檢查，以及分總成自攜帶的尺寸偏差情況，總體對(duì)比分析，結(jié)出分總成后內(nèi)板總成上的行李架尺寸偏差，將頂蓋朝+Z方向頂起，為主要影響要素。對(duì)故障原因進(jìn)行整改后，及時(shí)消除故障。同時(shí)，針對(duì)這一影響表象及要素，由分總成至白車體拼合的過程所涉及的工裝、尺寸，均提出要求進(jìn)行監(jiān)控管理，并做正常管理要項(xiàng)實(shí)施監(jiān)控。以分件總成尺寸為首的工藝定位尺寸為重點(diǎn)控制要素。

11 故障類型10：焊接/送絲速度、功率、軟管、鏡片、送絲嘴等設(shè)備故障類

以設(shè)備軟件及硬件因素管控為主線，生產(chǎn)過程中，比如會(huì)出現(xiàn)焊接/送絲速度、功率等軟件和軟管/鏡片/送絲嘴等硬件的變化情況，該類型涉及對(duì)激光焊接質(zhì)量影響的因素可能會(huì)單一變化，也可能綜合多樣同時(shí)變化。變化影響的質(zhì)量狀態(tài)，有斷焊、塌陷、焊偏、針孔等。故，為防止該類問題的產(chǎn)生，必須對(duì)此類因素進(jìn)行日常監(jiān)控管控，必備每日檢查記錄。同時(shí)在固定的使用范圍內(nèi)，進(jìn)行必須更換，用以保證焊接效果的持續(xù)穩(wěn)定性。焊接/送絲速度、功率、軟管、鏡片、送絲嘴為重點(diǎn)控制要素。[5]

12 管控匯總

鑒于對(duì)已發(fā)和常發(fā)的各類影響因素，在日常生產(chǎn)中，應(yīng)制定相應(yīng)的管控控制要求，以達(dá)到控制產(chǎn)品質(zhì)量持續(xù)達(dá)成需求。根據(jù)影響情況，主要的管控措施應(yīng)為：1、涉及影響的零件尺寸控制，頂蓋、側(cè)圍沖壓件焊接型面，側(cè)圍加強(qiáng)板總成、側(cè)圍前/后內(nèi)板總成的分總成，應(yīng)進(jìn)行所涉及影響的尺寸的工藝線路分析，制定以控制為首的各類制造工藝監(jiān)控需要、及以結(jié)果尺寸反饋為主的零件尺寸日常測(cè)量監(jiān)控，來達(dá)到穩(wěn)定管控質(zhì)量要求的效果;2、涉及影響白車焊縫間隙大小的過程工藝工裝，必須對(duì)其制造的合格性、穩(wěn)定性進(jìn)行控制并作日常管控需求，如夾具的日常點(diǎn)檢、專項(xiàng)周點(diǎn)檢、定期對(duì)工裝夾具進(jìn)行精度三坐標(biāo)測(cè)量維護(hù)監(jiān)控;3、涉及影響零件的外觀質(zhì)量要求項(xiàng)，必須對(duì)其執(zhí)行過程進(jìn)行監(jiān)控檢查，通過出庫檢查、上件檢查、過程質(zhì)量檢查等方式開展，應(yīng)記錄執(zhí)行情況及檢查信息，并建立由其他部門的抽檢監(jiān)控制度;4、涉及激光焊專用的點(diǎn)定抓手、琴鍵夾具工裝，應(yīng)設(shè)定檢查標(biāo)準(zhǔn)并執(zhí)行檢查后記錄信息;5、涉及激光焊接的設(shè)備硬件，如導(dǎo)絲嘴、軟管、鏡片等，根據(jù)易損及影響程度，必須建立日常點(diǎn)檢或是定期檢查的機(jī)制及要求，并對(duì)檢查結(jié)果進(jìn)行記錄，監(jiān)控穩(wěn)定性;6、涉及激光焊接所需的設(shè)備軟件，如焊接速度、送絲速度、功率、偏擺力等，根據(jù)影響程度，必須建立日常點(diǎn)檢或是定期檢查的機(jī)制及要求，并對(duì)檢查結(jié)果進(jìn)行記錄，監(jiān)控穩(wěn)定性。7、涉及重大影響激光焊接的程序，如光斑對(duì)中度、偏擺力、軌跡等，必須進(jìn)行定期檢查，并做重點(diǎn)管控監(jiān)控要求，記錄檢查結(jié)果并前后對(duì)比監(jiān)控。[6]

13 結(jié)束語

在實(shí)際生產(chǎn)上，激光釬焊工藝即擁有比傳統(tǒng)點(diǎn)焊、MIG/MAG 焊等更好的焊縫強(qiáng)度和焊縫外觀，也比傳統(tǒng)工藝更容易實(shí)現(xiàn)焊接高效率，更容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、柔性化。汽車頂蓋與側(cè)圍搭接拼合的焊接方式，汽車主流市場(chǎng)已普遍采用激光釬焊工藝，且未來的汽車的發(fā)展趨勢(shì)將會(huì)全面普及，工藝、質(zhì)量上將會(huì)越來越優(yōu)化完善。本文主要從激光釬焊所遇到的相關(guān)缺陷類型和解決的措施需求入手，結(jié)合相關(guān)方面的綜合處理手段，進(jìn)而解決各類質(zhì)量故障。同時(shí)，提出了保證焊縫質(zhì)量的長(zhǎng)效管控方法。為后續(xù)的全新車型調(diào)試優(yōu)化、以及投產(chǎn)，增加了工藝調(diào)試和質(zhì)量?jī)?yōu)化的相關(guān)方案的依據(jù)，較大縮短開發(fā)以及調(diào)試周期。

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