黄华旺 赖中剑

上汽通用五菱汽车股份有限公司 广西柳州市 545000

1 引言

白车身作为汽车整车的整体框架，是汽车整车的重要组成部分。白车身的连接强度对汽车整车的NVH性能、碰撞安全性能有着重要的影响。常见白车身连接工艺包括焊接，胶接，铆接等等。焊接作为白车身制造过程中的主要连接工艺，通常有电阻点焊，电阻凸焊，塞焊。近些年来，激光焊接在国内各大主机厂逐渐普及。由于其具有焊接效率高，焊接变形小、焊缝质量高、且焊缝比较美观等优点，常常运用于小型汽车的侧围与顶盖之间的焊接以及车门外板的拼接。在白车身制造领域，铝合金白车身是未来的重要发展方向，铝合金与铝合金，铝合金和普通钢板之间也都可以用激光钎焊连接。

2 激光钎焊简介

激光钎焊，也称激光填丝钎焊。激光发生器产生的激光光束经过镜片聚焦后照射在焊丝表面，焊丝在高温环境下熔化形成液态金属，液态金属浸润到焊接处，在适当的外部条件下，工件形成良好的连接接头。激光钎焊具有能量密度高，焊缝窄，深宽比大，热变形小，热影响区小。由于焊接完成后具有较为良好的成型表面，可以不经过二次处理而直接使用。

激光钎焊系统主要由激光发生器，送丝机，水冷机和焊接头几个核心部分组成。其中激光发生器主要用于激光形成和输出。送丝机保证焊丝输送，提供热丝电流及引导焊丝输出位置及输出方向，水冷机的主要作用是对激光发生器进行冷却。焊接头的主要作用是将激光发生器经过光纤送来的激光聚焦为焊接时使用的激光，并调整光斑，同时对焊缝进行调整补偿，实现焊缝跟踪，同时可以在焊接过程可以实时监控焊接状态。此外，激光钎焊焊接系统通常还配有专门的工装夹具（如图1），用于保证被焊零件的搭接间隙，以保障焊缝质量的稳定性。

图1

3 常见激光钎焊焊接缺陷类型及其解决办法

3.1 焊缝塌陷

焊缝塌陷的主要表现形式为焊缝局部坍塌。如图2。

图2

造成焊缝塌陷的可能原因有：

（1）送丝机送丝速度过低。当送丝机送丝速度过低时，焊丝供应不足，进而导致高温金属溶液填充不足，引起焊缝塌陷。此时应检查送丝速度的设置值是否过低，同时可以优化送丝速度。（2）机器人运行速度不均匀，要想获得良好，美观平整的焊缝，要确保金属溶液应均匀充足填充，如果机器人速度不均匀，则会引导致金属溶液填充不均匀，此时应检查机器人的参数设置是否合理，重点是检查机器人运行轨迹有CNT和ACC的地方，以及观察机器人运动姿态是否存在突变，是否存在卡滞或抖动的现象。（3）检查激光功率是否过大。激光功率过大，会导致输入焊丝能量过大，会引起焊丝融化后温度过高，高温金属溶液冷却时间变长，其渗透能力进而变强而引起塌陷。（4）检查焊接板材的搭接间隙是否正常。如果零件的搭接间隙不均匀，或者局部搭接间隙过大，则金属溶液渗透过快，进而引起焊缝坍塌。

3.2 收弧或者起弧位置出现焊瘤

主要表现形式为收弧或起弧位置，出现多焊、堆高，或者不规则的瘤状焊缝。如图3，收弧起弧位置出现焊瘤的主要原因如下：

图3

（1）收弧或者起弧点的位置不正确。此时应空走机器人轨迹，检查起弧点和收弧点的位置是否正确，如果有偏差，应及时调整。（2）零件搭接尺寸有偏差，如果零件搭接不稳定，或者零件尺寸局部波动过大，焊缝间隙不满足焊接要求，则会引起焊偏，多焊的现象，此时应拉动尺寸工程师解决零件搭接尺寸问题，短期措施可以通过局部调用合适的焊接参数或调整机器人焊接速度来解决。（3）检查送丝延时和出光延时是否匹配。如果送丝和出光不匹配，则会引起焊瘤。若是起弧引起的焊瘤，应该适当设置延迟送丝。收弧引起的焊瘤，则应适当设置延迟关闭激光。

3.3 焊缝表面有气孔

图4

焊缝表面有气孔的通常原因是工件清洁度差。工件搭接处有杂质或者多余的油污，尤其是镀锌板焊接，可能存在多余的锌粉都会引起焊接完成后焊缝表面有气孔。对于现场大批量生产，保证工件的清洁度尤其重要。零件装配前应擦拭焊缝处，以保证焊缝表面质量的稳定性。引起焊缝气孔的另一个可能原因是焊接气流的影响，此时应该检查激光头上的压缩空气，或者夹具上的压缩空气是否漏气。如有漏气，应优先解决。

3.4 焊缝表面高低不平

焊缝表面高低不平通常的表现形式是焊缝呈现出不规则的波浪状。如图（5），造成焊缝表面凹凸不平的主要原因通常有以下四个：

（1）零件搭接间隙大小不均匀。零件搭接间隙不均匀，应协同尺寸工程师调查零件配合尺寸变异的原因，或者查找工装夹具是否存在变异，确保零件搭接间隙在要求之内。（2）激光头保护镜片寿命到期或者镜片中心不洁净，造成镜片透光性差。为避免激光头保护镜片长期使用透光性变差，一般设置有一定的使用寿命，应首先查看控制柜保护镜片寿命是否到期，如到期及时更换。或拆除并目视检查保护镜片，如有密集的污点或者出现烧损的情况，应及时更换保护镜片。（3）焊丝导丝嘴磨损。如果焊丝导丝嘴磨损，则会引起出丝不畅，或者出丝抖动，则会导致焊接过程金属溶液填充不均匀，以至于引起焊缝成型波浪，此时应检查导丝嘴，如有变形或者烧蚀，则应及时更换导丝嘴。（4）激光功率偏小。如果激光功率偏小，则焊接热量偏小，不足以使焊丝充分融化并填充焊缝，则会引起焊缝成型表面高低不平，此时应使用专门的检测设备检测激光头激光功率的大小。如有必要，则应该适当增加激光功率。

图5

3.5 焊缝偏离

焊缝偏离的表现状态如下图6，焊丝熔化后未填满零件搭接面。导致这种状态的因素从以下几个方面来考虑：

图6

（1）零件搭接间隙超差。零件尺寸的波动或零件装夹异常，都会引起零件焊缝面搭接间隙超差。由于送丝速度和焊接速度固定，焊接过程金属溶液填充量比较稳定，当零件间隙超差时，会导致金属溶液不足以填满焊接缝，则会引起焊缝偏离。临时可以通过增加送丝速度，或者降低焊接速度去解决。如若局部焊缝偏离，则需要重新校准焊接机器人的运行轨迹。（2）送丝不顺畅或者送丝速度过低。如果焊接过程送丝不顺畅，会导致焊接过程高温金属溶液填充不均匀，会引起焊缝宽度不均匀，甚至出现焊缝偏离的情况。此时应观察送丝机的电流是否偏大，如果送丝机的电流偏大，则反映出送丝机的送丝阻力偏大。同时要观察工艺柜上显示的送丝速度是否超差。采用固定时间固定速度出丝三次，并测量出丝长度，比较实际值与理论值偏差是否过大，如果偏差超过3%，则表示送丝机送丝过程有阻力，会影响到正常的焊接。如果检查出送丝机送丝过程有阻碍，则应确认送丝管是否需要更换，并检查导丝压轮的压紧力，送丝嘴有无烧蚀，如有必要，则需要更换。（3）保护镜片烧损或者有污点。如果防护镜片烧损或者有污点，则镜片的透光性会变差，导致焊接热量不足，则焊接金属得不到充分熔化填充，则会导致焊缝的偏离，此时应及时更换保护镜片。（4）激光照射位置与焊丝位置有偏差。如果激光和焊丝位置有偏差，则激光能量不能有效地聚集在焊丝表面，进而导致焊接过程焊丝熔化状态变差，金属溶液不能充分填充焊缝表面。此时可以通过显示器观察激光和焊丝的相对位置，保证焊丝末端与焊丝校准线对齐，进而保证激光和焊丝落在同一位置上。（5）焊接头的偏执力设置不合理，或焊接头的平衡力差，为了保证焊接质量的稳定性，让焊丝充分填满焊缝，焊接头一般具有自动平衡和校准的功能，如果焊接头的偏执力设置不合理，或者平衡力差，则焊接过程焊丝沿着焊缝行走不顺畅，会导致焊缝偏离。此时应通过专用的软件专门设置焊接头的偏转力，或者重新校准平衡力。此外还需要空走轨迹，确认焊接头的连接的力的传感器电缆线束是否存在过程拉扯或者松动，如有则应及时纠正。

3.6 起弧或收弧位置烧穿

图7

起弧或收弧位置烧穿主要表现形式为在起弧或收弧位置。针对此故障类型，应检查零件尺寸的有无变异，起弧或收弧位置有没有波动，另外，可以空走机器人运行轨迹确认起弧或者收弧点的位置是否合理，如果有偏差，应及时做好修正。此外还可以检查焊接开始或者结束的过程，设置的激光延时、送丝延时是否匹配。如果出现起弧烧穿，则可以设置延迟出光，或者分段调试焊接参数，适当降低起弧处的激光功率。如果是收弧处烧穿，则可以适当设置延迟送丝，或者提前收光，适当降低收弧处的激光功率。

4 结语

随着人们的生活水平不断提高，人们的消费观念不断升级。对于汽车消费品，人们不仅仅局限于对其功能性的要求，更追求卓越的感知质量。车辆感知质量成为人们选择购车的选择标准之一。因此，人们的消费升级对整车制造质量水准提出了更高的要求。激光钎焊作为一项成熟的焊接技术，具有焊接变形小，焊缝成形美观，热影响区小等其他焊接技术不具备的优点，在外观件拼焊方面具有无可比拟的优势。本文从激光钎焊在白车身批量生产中所产生的缺陷类型出发，简要阐述了激光钎焊在白车身制造领域常见的质量缺陷类型及其解决方法，为后续快速解决此类质量问题提供了参考。