激光钎焊焊接缺陷和控制方法分析

【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。

【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。

一、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DC06 ZE50/50 BPO。由于镀锌的熔点在420℃左右，采用的钎料Cusi3在910℃左右，而钢的熔点在1535℃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Cusi3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（Laser brazing）。

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Si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;板材间隙的调整。

焊缝“下陷”并不连续。此焊缝缺陷表现为焊缝填料较少且焊料不均匀。具体原因为：整体焊接区域板材搭配超差且不一致;送丝不稳定，时慢时快;轨迹编制不合理等因素。

常用的抑制焊缝“下陷不连续”缺陷的方法为：校正机器人轨迹;同步送丝设备，使焊丝平稳送出;保证板材间隙一致性并小于0.5mm;匹配送丝速度和焊接速度。

焊缝焊偏，焊接过程中机器人轨迹偏离焊接区域，造成焊缝焊偏。处理方法为校正机器人轨迹并确认焊接激光导向力设置是否合理。

四、常用的返修方法介绍

对于评定标准中可以返修的焊缝常用手工返修来弥补缺陷，以降低整车的报废。常用的返修方法分为高频打磨和手工补锡膏后抛光。

焊缝表面不平整，不光滑，此时可以采用手工打磨。使用设备为Bosh风动打磨器配马圈牌PNER-H750 3A进行粗打磨;使用Bosh风动打磨器配3M公司Z80砂纸进行抛光。打磨时注意角度和“吃料”厚度，防止损坏基材和焊缝。焊缝大于0.2mm的气孔，需要手工补锡膏进行返修。具体方法为使用电烙铁对孔进行加热后灌入锡膏，冷却后再对返修区打磨抛光。

五、结束

随着车身设计的优化，激光焊接对车身结构特有的优势以及激光焊接技术可靠性的进一步提高和设备成本的降低，相信激光焊接技术在汽车工业会有更广泛的应用。

参考文献

[1]林平.激光钎焊在汽车行业的焊接应用，电焊机，2010， 5（5）39-44.

[2]潘波.汽车生产用激光钎焊系统设计，电机焊，2010. 11（11）17-22.

[3]王军.浅析激光钎焊缺陷形成原因及控制措施，汽车工艺与材料，2010（9）31-34.

作者简介：

李兴阳（1982—），男，河南南阳人，吉林大学汽车工程学院汽车机械制造专业毕业，研究方向：白车身激光焊接技术及质量控制。

周丽（1981—），女，吉林长春人，长春理工大学硕士，研究方向：激光光学，物理学。

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