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激光拼焊板在汽车车身制造中的应用

来源:汽车用钢

  发布:cici

关键词:激光拼焊板 汽车车身

2018-02-06

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。

 

汽车制造领域是当前最大规模使用激光焊接技术的行业,从汽车零部件生产到车身制造,激光焊接已经成为汽车制造生产中的重要焊接方法之一。激光拼焊板是将不同表面镀层、材质及厚度的2 块或多块钢板通过激光焊接方法拼接在一起成为毛坯件,然后在汽车制造厂冲压制造成零部件。因其具有自由组合的性质,可将不同的钢板进行拼接,作为激光焊接在汽车车身制造中的主要应用,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。

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 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[2],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。

 

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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。

 

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。
 


 

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 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 示出激光拼焊线模型图。
 


 

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。
 

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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%。
 

 
 

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。 

 

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 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。