淺談激光焊接技術在汽車制造的應用

文/孫春玲·天鶴汽車模具有限公司

馬武藝·開封市測控技術有限公司

目前激光焊接在汽車車身沖壓件開發中的應用主要體現在激光拼焊板，可實現不同材質、料厚、涂層的鋼材形成一塊整體的材料，更好地滿足零部件對材料性能的不同要求，用最輕的重量、最優結構和最佳性能實現車身輕量化與降本、推廣及應用，同時還降低了汽車沖壓件模具開發成本、設計工藝分析、制造等的研發成本。

激光焊接的優點

激光焊接屬于熔融焊接，通過能源激光束完成對接接頭的焊接。其焊接產生的熱量可降到最低，熱影響區范圍小，熱變形區最小。

以上優勢決定了其在汽車沖壓件生產中的重要性，因為汽車沖壓件在生產過程中對板料的平整度要求非常高，激光拼焊板的焊接變形量可以滿足沖壓件生產需求。沖壓件在生產過程中直接通過成形翻邊工藝對料片進行成形性加工，因此對板料的平整性要求更高，同時激光拼焊板的供應質量要求會更高。為了減少板料變形及提升生產效率，鋼廠通常會采取先焊接后裁剪的方式，減少焊接帶來的變形量，規避焊接接頭熔融性差、漏焊、焊縫開裂等不良質量問題。

激光焊在汽車結構件中的應用

就以現有常用的激光焊板料內板制件中的幾種進行舉例說明，例如頂蓋橫梁、輪罩加強內板、前圍板加強板等均采用薄板與厚板進行激光拼焊來滿足其在車身強度功能上的需求。

圖1 為某車型車頂蓋橫梁激光拼焊件，其為厚度不等且板料牌號相同，210P1 激光拼焊板，最厚板料為1.0mm，最薄板料為0.7mm。

圖1 頂蓋橫梁激光拼焊件（板厚0.7mm+1.0mm+0.7mm）

圖2 為某車型輪罩加強內板激光拼焊件，其為厚度不等，板料牌號相同，HC260YD+Z-50/50-M 激光拼焊板，最厚板料為1.0mm，最薄板料為0.8mm。

圖2 輪罩加強內板激光拼焊件（板厚1.0mm+0.8mm）

圖3 為某車型前圍板加強板激光拼焊件，其為厚度不等，板料牌號相同，HC420/780DP 激光拼焊板，最厚板料為2.0mm，最薄板料為0.8mm。

圖3 前圍板加強板激光拼焊件(板厚2.0mm+0.8mm)

某車型前圍板加強板難題攻關

激光拼焊板的應用提高了整車輪罩、前圍、頂蓋的精度，使整車匹配調整節約時間、降低人工成本。但該種生產方案對模具開發造成了比較大的困難，特別如圖3 前圍板加強板，板料厚度斷差較大，工藝分析制件回彈量大。對設計過程的CAE 分析要求較高，同時還對設計人員的回彈補償技術要求較高。在該件開發中棱線成形易出現R 角不順、薄板區域強度不足問題、焊接總成變形。

攻關1：根據生產過程中出現的問題，專門作出了工藝補償分析，并在開發初期進行回彈補償解決。

攻關2：圖4 為針對圖3 所示的某車型前圍板加強板激光拼焊件的不等厚沖壓回彈補償分析，灰色制件部位為需補償回彈面。

圖4 前圍板加強板激光拼焊件做回彈補償分析

該件在回彈補償完整后正產出件，精度可以滿足要求，但是面臨的薄板區域因無加強筋造成其回彈、強度不足，且因為薄板與厚板斷差超過薄板的厚度造成的焊接總成變形問題需要進一步提出解決措施。

攻關3：圖5 為針對圖3 某車型前圍板加強板激光拼焊件總成焊接變形對單件面差進行三坐標數據打點，針對圖5 紅圈內部位進行平行差整改，最終整改結論為－0.5 至0 的面差范圍，即可滿足總成焊接需求，并能解決焊接變形問題。該問題需要對模具進行手工補焊研合，進行制件回彈補償。

圖5 前圍板加強板激光拼焊板三坐標數據

總結：通過以上各個攻關過程，該件已經具備量產焊接需求，并解決了總成焊接變形問題。同時也為我們后期開發新產品提供了新的開發思路及技術改進方向，有助于提升我們沖壓件開發質量及降低模具開發成本。給模具制造商及零部件供應商帶來降本、增效、工藝優化等利益，也對環境保護做出了一定的貢獻。

激光拼焊的未來發展

激光拼焊具有較高的經濟價值對車企有很大的誘惑，同時其對沖壓件的開發也提出了更大的挑戰，在前期的CAE 分析、工藝排布、技術人員能力需求上有更高的要求。未來激光焊也會用于車身焊接，激光焊也會演變成除了激光束以外，有更多的能源方式進行焊接來適應不同場景、不同環境的焊接需求。通過減少模具的開發成本及降低車企開發的投資成本，為車企創造更多的經濟價值。

結論

⑴激光拼焊技術有助于降低沖壓件的開發成本及模具開發成本；

⑵激光拼焊也有助于提高開發技術人員對于制件回彈CAE 分析的技術水平；

⑶激光焊也有助于降低車身重量及整車開發費用，提升整車匹配狀態及減少焊接量大帶來的變形。