激光拼焊板在汽车车身制造中的应用

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。

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。

1 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。

2 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。

3 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。

4 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。

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。