汽车顶盖激光钎焊技术

    汽车顶盖激光钎焊技术是最早应用于车身加工的激光工艺，其原理为利用激光将焊丝（一般为铜硅合金）熔化并填充到顶盖与侧围工件的缝隙中，不但起到连接的作用还可以进行密封。激光源采用YAG连续型激光发生器，最高输出可达4kW，由于焊丝的熔点相对钢板要低，所以选择激光的输出功率范围为（1.8～2）kW，在熔化焊丝的同时，保证顶盖和侧围不产生热变形。激光采用柔性的光缆传输，可以使激光发生器与焊接工位分开，避免设备受到损伤。根据焊丝直径的大小，在焊接端利用光学镜头改变激光聚焦的光斑大小使之相互匹配，如焊丝直径为1.0mm，将激光聚焦的光斑直径调整为1.2mm，使激光最大限度地作用于焊丝上。焊接过程中由机器人带动自适应式焊接镜头（见图1），转动轴带动伸缩臂在水平方向上转动，而伸缩臂自身可以在垂直方向移动（见图2）。

    由于焊丝具有一定的强度，可以在焊接过程中作为导向指针，整个伸缩臂由焊丝导向运动轨迹，这样就弥补了理论编程与实际焊缝上的位置偏差。

图4   焊接后顶盖的一部分

    焊接工作站如图3所示，整个系统采用PLC（可编程逻辑控制器）编程控制，机器人带动镜头移动至焊接起始点，使焊丝切入焊缝，压缩空气打开，此时机器人控制器向激光发生器与送丝机发出指令，保证激光发射与送丝同步进行。焊丝被熔化后填入缝隙，经冷却形成光滑平整的焊缝，焊接速度可达2m/min。焊接过程中使用保护气体（氩气或氮气），可避免焊缝周边工件被氧化，使焊缝视觉效果更加美观。图4为焊接后顶盖的一部分。

    穿透焊的过程与钎焊有所不同，激光在两层钢板上进行穿透焊接，无焊丝填充，机器人带动镜头按照预先编定的轨迹直接焊接，无需导向装置。穿透焊采用激光功率为4kW，远高于钎焊。因为焊接中需要熔化工件，所以在焊缝的两端需要设置功率斜坡，即在焊接起始时，功率在30ms内从1kW线性增加至4kW，结束时功率在30ms内从4kW降到1kW。这样做的优点在于避免在起弧和收弧时将钢板焊穿，形成小洞，从而影响焊接质量。图5中，车身B柱采用穿透焊，焊接厚度达到4mm。

图5  车身B柱采用穿透焊

    为了防止锈蚀，大众汽车的白车身均采用双面镀锌钢板。由于锌的沸点（907℃）远比钢铁（2 590℃）的沸点低，因此在焊接时，表面的锌会首先汽化。如果两层钢板贴得非常紧密，汽化后的锌蒸汽无法排出，冷却后将存留在焊缝中，这样会大大降低焊缝的强度，影响焊接质量。因此，焊接前应先将工件冲出高度为0.3～0.5mm的小坑，以保证工件之间有足够的缝隙排出锌蒸汽。由于飞溅大，穿透焊的焊缝相对于钎焊更粗糙，但是强度比普通点焊要强得多。

    如今，激光焊接应用于汽车白车身已经成为一种趋势，采用激光焊接不仅可以降低车身重量、提高车身的装配精度，同时还能大大加强车身的强度，在用户享受舒适的同时，为其提供更高的安全保障。