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【启飞学术篇】激光拼焊板在汽车车身制造中的应用

时间:2019-06-10 来源:数码观察酱

1月4日 周五

       当你尽了自己的最大努力时,失败也是伟大的。

摘要


    为顺应车身制造“轻量化、安全与节能”的发展趋势,激光拼焊板在汽车制造工业中得到广泛应用。激光拼焊板是将不同厚度、材质及表面状态的钢板使用激光焊接设备焊接在一起,冲压制造成零件,以满足对材料性能及厚度的不同要求。介绍了激光拼焊板技术的应用、优势及制造工艺,其应用实现了减轻车身质量、增加车身刚度、减少车身零件装配数量、提高装配精度及降低汽车制造成本的目的。



一、激光拼焊板的应用

    从20世纪80年代中期开始,激光拼焊板作为新技术在欧洲、美国及日本得到了广泛关注。激光拼焊板工艺主要为汽车行业进行配套服务,尤其在车身生产、制造和设计方面,激光拼焊板的使用有着巨大的优势。目前,由激光拼焊板生产的汽车车身零部件主要有前后车门内板、前后纵梁、侧围、底板、车身两侧的A,B,C柱、轮罩及背门内板等,其中,门内板应用此工艺最多,其次是前纵梁。
    根据零件结构、功能及材料利用率等的不同,激光拼焊板的焊接形式,如图1所示。

 
图 1 激光拼焊板的焊接形式


二、激光拼焊板的应用优势

    激光拼焊板在汽车产品上应用后,有效提高了整车的各项性能,并且在降低制造成本方面具有显著的优势。采用激光拼焊板与传统零部件产品制造工艺对比,其优势,如表1所示。

表 1 传统零部件制造工艺与激光拼焊板工艺对比

 
    为验证产品结构性能,对由3块不同强度的钢板冲压成U型梁的激光拼焊板进行碰撞试验,如图2所示。要求发生碰撞时两端溃缩吸能,中间保持原有形状。从图2可以看出,碰撞后按照设计要求两端溃缩吸收撞击能量,中间基本无变形。


图 2 激光拼焊板(U型梁)碰撞试验结果


三、激光拼焊板设备的组成及工艺流程

    生产设备主要由三部分组成。
    1)传输装置:包括上料车、拆垛机器人、中转机器人、下料机器人、磁性传送带、打浅坑装置及堆垛机器人。
    2)激光焊接设备:包括定位工作台及激光焊机。
    3)检测设备:包括在线无损检测设备及检测机器人。

 
图 3 激光拼焊线模型图


    主要工艺流程包括5个方面。
    1)料片生产。把金属板材或者金属带材裁剪成预定尺寸及形状的料片,一般使用开卷落料线和摆剪设备进行钢板的裁剪,保证必要的裁剪精度及良好的切边质量。
    2)上料工序。通过上料车、拆垛机器人及中转机器人将料片放置到夹紧定位装置。
    3)加紧定位。经过预定位工作台和精定位工作台的2次定位,将料片准确定位,准备焊接。
    4)激光拼焊。在激光拼焊时,既要保证良好的经济性,又要保证整个焊缝均衡,焊缝宽度等于原始材料的厚度并具有较好塑性,即冲压形变能力,焊缝强度不低 于被焊接材料中屈服强度低的材料的强度。
    5)下料、焊缝检测。通过机器人将焊完的板料抓起并竖立,待检测机器人检测完毕后,将板料放到磁性传送带。目前某些焊接设备具有在线不间断质量监控系统,能够在焊接过程中对焊缝位置、间隙、外形及焊接缺陷进行质量检测。对激光拼焊焊缝缺陷,可以用电磁声学法(使用横向偏振平面波)以及微焦点X光透视等传统方法检测,也可以用光学摄像来进行外形与局部缺陷检测。
    6)打浅坑、堆垛及抽检工序。激光拼焊完成后,由于板料有厚度差,为补偿板料堆放时的厚度不同,在板料打上浅坑,堆垛时保证堆齐。板料打完浅坑由堆垛机器人完成板料的叠放。在需要进行人工检测时,堆垛机器人可以将板料放到检测墙上,人工将其从线内移到线外,在全线不停机的情况下,进行人工抽查。在对拼焊板焊区质量进行生产抽检时,应主要检测焊缝的强度及塑性,包括对焊缝及焊区物理力学性能的试验。

四、激光拼焊板质量要求

    激光拼焊板焊接完成后易产生的质量缺陷,如图4所示。质量控制标准为:上下凹陷深度不得超过薄板厚度的10%;上下凸起不能超过薄板厚度的20%;上下错边深度不得超过薄板厚度的10%。


 
图 4 激光拼焊板焊接缺陷示意图

    激光拼焊板质量试验检验方法采用金属杯突试验检测,图5示出金属杯突试验后的检测结果。


图 5 金属杯突试验


五、结论

    随着汽车工业将减重、节能、减排及提高汽车被动安全性作为汽车的发展趋势,激光拼焊板得到了大量应用。在白车身结构件上使用激光拼焊板,可以减轻车身质量,显著提高安全性能。在冲压过程中, 材料能得到合理利用,降低了废品率,同时减少对冲压模具、装配夹具及焊接设备的使用,降低了制造成本。因此激光 拼焊板的大量运用是汽车工业发展的必然趋势。


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作者:刘军伟 霍雪 王晓宁  来源:汽车工程师

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文章来源: 启飞汽车设计。

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