车顶焊接工艺的发展与激光焊的应用

　　为了满足消费者日益多样化的需求，越来越多的新技术、新工艺被应用到汽车制造过程中，希望借此提升产品的品质，在激烈的市场竞争中占得先机，这其中就包括激光焊接技术。近年来，我国的汽车消费市场发展迅速，私人消费者日益增多，这不仅为各大汽车制造厂商提供了广阔的市场机遇，也对其产品与服务提出了更高的要求。

　　激光焊接应用于汽车制造主要包括激光拼焊板、白车身激光焊接两个方面：

　　( 1) 激光拼焊板技术已经被各大汽车制造厂商广泛接受，许多车型的车门内板、前地板、前后纵梁等零件均采用了这一技术。

　　( 2) 白车身激光焊接虽然目前尚存在设备投资及维护成本高，使用条件苛刻等问题，但由于其具备焊接精度高、零件变形小、焊接结构强度与刚度提升显著等一系列突出的优点，仍然被德国大众等厂商采纳并推广。

　　二、车顶焊接工艺的发展

　　车顶与侧围外板、车顶横梁、加强板等诸多零件存在着连接关系，其中车顶与侧围外板之间的连接由于其位置的特殊性而显得尤其重要：

　　( 1) 该位置由于没有其他零件的遮挡，因而直接影响整车美观。

　　( 2) 连接区域长度大，贯穿整个乘坐空间，是决定整车密封性、刚度的重要因素。

　　车顶与侧围外板连接技术的发展经历了点焊、激光焊、激光钎焊三个阶段，现分述如下。

　　1. 点焊连接

　　采用点焊连接的车顶与侧围外板结构。均匀分布的焊点可以保证连接强度，但不具备密封功能，因此在焊接区域需要喷涂大量P VC。虽然经过油漆处理，但直接暴露于客户视线内的焊点与PVC 痕迹仍然是无法接受的，为了解决这一问题，通常会在该区域上方安装一条宽度在20 ～30mm 之间的密封条。许多小型轿车甚至包括部分中级轿车出于成本控制的考虑都采用了黑色胶条，但其与亮丽的车身色彩形成鲜明的反差，非常不协调。近年来，部分厂商采用了与车身同色的密封条或镶嵌条，但由于点焊工艺对于搭边距离的客观要求，所以其宽度是无法减小的。

　　2. 激光焊连接

　　自1996 年开始，激光焊接技术首先被德国大众应用于车顶与侧围外板的连接，从而揭开了激光焊接推广应用的序幕。激光焊接工艺并不填充焊丝，而是利用由Nd ： YAG 激光器谐振腔输出的激光束，经由光学系统聚焦后形成的高能量密度的辐射热源扫描材料的表面，使材料局部快速熔化而实现焊接。激光焊缝的宽度与热影响区都很小，材料变形小,由于实现了连续的线状焊接，使车身强度和刚性得到了很大的提高，而且焊缝具备密封性，可以大幅度地减少PVC 的用量。上海大众目前生产的Passat 领驭采用了这一工艺。但出于整车防腐性能的要求，车顶与侧围外板均采用了镀锌钢板，采用激光焊接后表面质量尚不能满足VW 标准苛刻的要求，为此安装了一条宽度仅为10mm，与车身同色的镶嵌条作为装饰，相比较采用点焊结构，美观度已有很大的改善。

　　3. 激光钎焊连接

　　2001年，第4 代Polo 上市，车顶与侧围外板连接处只有一条细细的焊缝，已经不必使用任何密封条与镶嵌条了，原因是最新的激光钎焊工艺被应用于该部位的连接。

　　激光钎焊与激光焊的差异在于： 通过激光束的高温使CuSi3 焊丝熔化、铺展，实现零件之间的钎焊连接。CuSi3 的熔点为950 ℃，低于Fe 的熔点。采用钎焊工艺可以减少焊接热量的输入，结合激光焊能量集中、焊缝区和热影响区狭小的特点，最大可能地降低钢板表面镀锌层的蒸发，充分保证整车的防腐性能。而焊接区域也无需再喷涂PVC，可以在充分保证密封性能的同时，获得良好的焊缝表面质量。

　　三、焊接强度比较

　　以下的这组试验，对比了相同材质条件下分别采用点焊、激光焊、激光钎焊工艺所获得的焊接强度。试验采用0. 8mm低碳镀锌钢板，镀层厚度为100g/ m2 ，试样规格为120mm×45mm，对应不同焊接方式所采用的接头形式参照实际车身零件结构。

　　点焊试样： 搭接尺寸45mm×45mm，采用优化的点焊参数( 此时焊点直径为5. 7mm) ，在45mm 宽度方向上焊接两点，点间距25mm，边距10mm。激光焊试样： 搭接焊缝，焊缝长度为45mm，搭接角度为10°( 作为焊接时锌蒸气溢出空间，防止焊缝内产生气孔) 。激光钎焊试样： 卷边角焊缝，焊缝长度为45mm。

　　焊丝为CuSi3 ，直径为1. 6mm。试验结果充分反映采用激光焊与激光钎焊工艺后，结构强度有了大幅提升，尤其是激光钎焊，达到了点焊结构的1. 5 倍。

　　为获得出色的接头强度，需充分保证以下几个方面：

　　( 1) 焊缝与两块钢板间有足够的连接宽度，一般要

　　( 2) 焊缝与母材相交处的平滑过渡。

　　( 3) 焊缝中没有气孔、烧穿等缺陷。

　　这不仅对设备性能和零件匹配提出了高要求，同时也需通过大量工艺试验不断地对系统和参数进行优化。

　　四、结语

　　( 1) 试验表明激光焊、激光钎焊工艺应用于车顶焊接不仅使产品更加美观、提高了密封性，而且显著提高了焊接区域的强度，提升了整车的安全性能。

　　( 2) 激光焊接的应用推动了车身制造技术水平的提高，但设备投资成本高、使用条件苛刻等问题依然困扰着这一技术的进一步推广。

　　随着人们的不懈努力，尤其是在高效率激光器、焊缝跟踪系统和夹紧技术等领域的突破，将使激光焊接技术愈发成熟完善，在不久的将来，激光焊接技术必将在车身制造领域得到更为广泛的应用。