激光钎焊焊接缺陷和控制方法分析

【 关键 词】激光；焊接 ；咬边
激 光 焊 接 是 汽 车 生 产 中 新 兴 的焊 接 领 域 ，将 光 学加 工应 用 于金 属加 工领 域 ，为 薄 板 焊接 开 辟 了新 的领 域 ，通过 激光 的 薄板 焊 接 降低 了汽车 车 身 的质量 ，增 加 汽车 车身 的 强度 ， 同时也 改 善 了汽车 零件 加 工 的焊接 工 艺 ，提供 了新 的解 决思路 。随着 激光 焊接 设 备成 本 的进 一步 降低 和 白车 身激 光焊 接 的推 广 ，激 光焊 接将 会逐 步 应用 于汽 车制 造 的各 个领 域，成 为汽车焊 接新 的发展方 向。 白车 身顶 盖和 侧 围激光 钎焊 工艺 特 点 在 激 光钎 焊焊 接过 程 中 ，送 丝 机构 驱动 填 充焊 丝 以一 定 的角 度 向焊接 区激 光 束 的焦 斑 位 置输 入 。焊丝 一 部分 被激 光束 照 射直 接 熔 化 ；一 部分 由激 光 熔化 母材 （ 即侧 围和 顶 盖 板 材 ）诱 导 的等 离 子体 加热 熔化 。熔化 的 焊 丝和 坡 口两侧 熔化 的母材一起 形成熔 池 。 白车 身 顶盖 和侧 围所 采用 的一般 为 电镀 锌薄 钢板 ，型 号为Ｄ Ｃ ０ ６ Ｚ Ｅ ５ ０ ／ ５ ０ Ｂ Ｐ Ｏ 。由于 镀锌 的熔 点在 ４ ２ Ｏ ℃左右 ，采 用 的钎料 Ｃ ｕ ｓ ｉ ３ 在９ １ ０ ℃左右 ，而钢 的熔 点在 １ ５ ３ ５ ℃左右 ，因 此 ，采 用传 统 的 电阻点 焊直 接熔 化 母材 将造 成镀 锌 层 的破 坏 ，降低 车 身的 耐腐蚀 性 。激 光 钎焊 焊 接将 以其 热量 集 中 、快速 焊接 的优 点 ，熔 化钎 料 的 同时 ，对熔 池 周 围板材 的热 影 响较 少 ，很 好地 保护 了板材 的镀 锌层 。钎 料Ｃ ｕ ｓ ｉ ３ 的采 用 ，在汽车 白车 身焊接 工艺激 光 钎 焊 系统 中较 为普 遍 ， 因此激 光钎 焊焊 接 通 常 称为激 光黄铜钎 焊 （ Ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｂ ｒ ａ ｚ ｉ ｎ ｇ ）。 送 丝 方 式 则 采 用 前 置 送 丝 方 式 ， 即 送 丝 相反 于 熔池 方 向 ，其优 点在 于送 丝入 池 可 靠 性较 好 ，而 且 对接 坡 口对焊 丝 具有 导 向左 右 ，利 于坡 口上 下和 左右 的偏 差 。 同时 ，为 了弥 补顶 盖和 侧 围错 位误 差 ，常采 用激 光 自 适应镜 头 ，以便消 除焊丝对 坡 口Ｙ ／ ｚ 偏差 的影 响 。在 高速 钎焊 接 时， 需要较 高 的功 率密 度 和送 丝 速度 ，很 容 易造 成钎 焊质 量 的不稳 定 性 。此 外 ， 由于激光 焊成 本 较高 ，通 过单 纯 提 高功 率来 提 高钎 焊速 度并 不利 于生 产 的经 济 性 。通常 简 单施加 一 个额 外 的热源 ， 可 以 在 现有 的激 光 功率 下提 高钎 焊速 度 。通 常将 此种焊 接方 式称之为 辅助 电流激光钎焊 。 二 、激光钎焊 焊接缺 陷介绍 要 想获 得 一条 功能 和 目视均 满 足要 求 的
Ｉ 丝一 皇子 蕉………………………… 分 析
一
汽大众
李兴 阳
长春建筑学院
周 丽
【 摘要 】本文对顶盖激光钎焊工艺的工艺特点进行 了介绍，阐述 了产生焊接缺 陷的原 因，并提 出了解决措施 。在 实际 生产 中由于相关 因素 的变化过于频繁 ，导致焊缝缺 陷 时有发生 ，给生产和质量控制带来困难 ，气孔、 “ 咬边 和焊缝填料不连续为常见的焊接缺陷类型。
一
、
顶 盖焊 缝 需要激 光 功率 、机 器 人速 度 、焊丝 送 丝速 度和 光 束入 射角 的完 美 结合 ，另 外 ， 辅 助 的保护 气 体也 应该 进行 相 应 的配置 。但 在 实 际 生 产 中 由于 相 关 因素 的变 化 过 于频 繁 ，导致焊 缝 缺 陷时有 发 生 ，给生 产和 质 量 控制 带来 困难 ，气孔 、 “ 咬边 ”和焊 缝填 料 不连续为 常见 的焊 接缺 陷类型 。 三 、焊接 缺 陷及 所对 应 的原 因及 控制 措 施 在 激 光 钎 焊 过 程 中 ， 由于 焊 丝 对 激 光 功 率具 有漫 反射 ，因此 整条 焊缝 内激光 功率 作 用于 焊丝 的 能量 不一 致 ，导致 部 分段 焊丝 熔 化不 充分 ，使 液 态 、 固态 的钎 料 耦合 连接 处 产生 气 隙 ，形 成 气孔 ；熔 池 内存 在 的惰性 气 体和 杂质 也 可 能破坏 填料 的侵润 ，气 体 压 制 在钎 料 内 ，形成 了气 孔 ；板 材表 面存 在 污 染 ， 杂物 在 激 光 作 用 下 爆 炸 形 成 气 泡 ， 直 接 在焊 缝表 面 或 贯穿整 个 焊缝 熔深 而 形成 气 孔 ；如 果激光 功 率过 大 ，使钎 料汽 化 爆 炸 ， 将 导致气 孔数量 的增多 。 常用 的抑制焊 缝气孔 的方法为 ： １ ． 匹配 合理 的激 光 功率 、焊 接速 度 和送 丝速 度 ，尽 量保 证焊 接速 度 的一 致性 和 高速 连续焊 接 ； ２ ． 严格 选择 钎料 焊 材 ，保证 焊丝 ｓ ｉ 镀层 的均 匀 ； ３ ． 保证 顶盖和 侧 围焊 接区域 的洁净 ； ４ ． 采 用氩气 或氦气 做保护 气体 。 “ 咬边 ”缺 陷 主要 表现 为焊 缝 一侧 侵润 不 够 ，造成 焊 缝和板 材 结 合处 成灰 黑 色且 如 “ 锯齿 状 ” 。此种 缺 陷产 生 的原 因在 于 ：板 材 匹配 间 隙不合 理 ，造 成 填料 侵润 不够 ；焊 丝 和光 斑对 中性不 够 ，造 成熔 池边 缘 熔化 不 充 分 ；功 率不 够或 焦 点过 小 ，导 致板 材热 量 不够 ，不 利于板材 和钎料 的融合 。 常用的抑制焊 缝 “ 咬 边 ”缺 陷 的 方 法 为 ：校正 机 器人 轨迹 并确 认 是否 焊丝 相对 光 斑 中心变 化 ；确 认光 斑 的大 小和 焊丝 是 否 匹 配 ；功率 或 热丝 电流 的调整 ；板 材 间 隙的调