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焊接

激光焊接技術在車燈領域的應用

rongpuiwing 來源:劉彧2019-03-14 我要評論(0 )   

摘 要:隨著汽車行業(ye) 的飛速發展。汽車零配件的生產(chan) 技術也隨之不斷創新。汽車車燈作為(wei) 車輛重要的照明外裝配件,在功能上外觀上都

摘 要:隨著汽車行業(ye) 的飛速發展。汽車零配件的生產(chan) 技術也隨之不斷創新。汽車車燈作為(wei) 車輛重要的照明外裝配件,在功能上外觀上都影響了汽車的商品性。為(wei) 順應消費者對品質及美感的追求,激光焊接技術逐漸廣泛被應用於(yu) 車燈領域。然而在新技術複雜工藝導入的同時,相應也會(hui) 產(chan) 生影響產(chan) 品質量的潛在隱患,導致車燈機能不良甚至有發生交通事故的可能,文章結合FMEA(設計潛在失效模式)的思想,提供了幾種在設計階段保證產(chan) 品質量的分析方式,以及在試做以及量產(chan) 後對品質進行管理的常用方法。 


引言


近年來隨著全球汽車市場需求的擴大,在汽車智能化進程加速推進的同時,以激光技術為(wei) 代表的先進製造技術也在不斷推動汽車製造業(ye) 的更新換代,先進激光製造技術與(yu) 汽車生產(chan) 的結合已是大勢所趨。激光焊接技術於(yu) 2002年10月首次引入中國,並迅速在車身焊接領域嶄露頭角,而其在車燈領域的應用也在迅速發展。 



1、車燈領域激光焊接技術概要 

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1.1 原理


車燈領域的激光焊接焊接的對象為(wei) 樹脂,其他原理與(yu) 車身焊接相同。它是將待焊接的兩(liang) 個(ge) 或多個(ge) 樹脂部件通過激光產(chan) 生的熱能使樹脂部件熔化並完全粘合的技術,以此實現車燈的良好密封性。 


其步驟分為:(1)將待焊接的兩個部件通過治具夾具固定。(2)上下治具閉合,將部件夾緊在一起,然後以近紅外線激光NIR(波長810-1064nm),透射過第一個部件,然後被第二個部件吸收所,所吸收的近紅外線激光化為熱能,將兩個部件的接觸表麵熔化,形成焊接區。(3)施加壓力,使焊接區牢固。 


1.2 特點[2]


優(you) 點:(1)能量集中,多餘(yu) 能耗極小。(2)熔化樹脂體(ti) 積小,產(chan) 生多餘(yu) 樹脂屑少。(3)因不屬於(yu) 接觸式焊接製程,機具的耗損及變形皆可降至最低。(4)激光路徑可通過簡單光學折射原理控製,因此適用於(yu) 各種形狀的產(chan) 品。(5)激光束可聚焦在很小的區域,可焊接小型且間隔相近的部件。(6)可焊材質種類範圍大,亦可相互接合各種異質材料。(7)易於(yu) 以自動化進行高速焊接,亦可以數位或電腦控製。(8)可以切換裝置將激光源共享在多個(ge) 設備上。 


缺點:(1)焊件位置需非常精確,務必在激光束的聚焦範圍內。(2)焊件需使用夾治具時,必須確保焊件的最終位置在公差允許範圍內。(3)樹脂材料的顏色會對焊接性有影響。(4)設備昂貴。 


可見激光焊接在滿足車燈密封性的前提下,在外觀,節能環保以及適用麵廣等多方麵都存在優(you) 勢。但由於(yu) 精度高,需要相應產(chan) 品及夾治具有嚴(yan) 格的尺寸公差要求。 


2、車燈焊接技術FMEA 


2.1 FMEA是什麽(me)


在企業(ye) 實際的質量管理體(ti) 係運作中,雖然都會(hui) 去編製一份有關(guan) “預防措施”的形成文件的程序,但真正可以達到預見性地發現較全麵的潛在問題通常存在較大難度。為(wei) 能有效地實施“預防措施”,使可能存在的潛在問題無法出現,需要一個(ge) 從(cong) 識別問題到控製潛在影響的管理係統,其製定方法即“潛在失效模式及後果分析”,或簡稱為(wei) FMEA[3]。 


2.2 為何要將FMEA應用到車燈激光焊接技術中


(1)生產(chan) 條件要求高。激光焊接技術對尺寸位置精度的要求是多方麵的,首先要對焊接部全周的激光路徑進行模擬,結合焊接部的形狀,可以計算出允許的位置偏差量。而實際生產(chan) 中不但要考慮產(chan) 品本身的變形,還要考慮到使用夾治具等所有有可能產(chan) 生位置偏差的尺寸及公差。同時激光設備及加壓設備的參數設定也較複雜。(2)使用條件差異大。現如今激光焊接技術在車燈行業(ye) 內(nei) 的應用雖已趨於(yu) 成熟,但由於(yu) 車燈形狀不同,與(yu) 車體(ti) 間的連接方式不同等原因,不同地域,不同使用條件下。所以在量產(chan) 前需要一係列的方法去評估該產(chan) 品是否達到可量產(chan) 的條件。 

3、激光焊接量產(chan) 前評估方法介紹

常見的評估方式有:應力分析,作業條件分析,拉伸強度測定,焊接沉入量測定等方法[3]。 
3.1 應力分析


車燈與(yu) 車身一般通過螺栓連接,在安裝時車燈會(hui) 受力並無法釋放,導致車燈內(nei) 長期存在應力。此應力作用於(yu) 焊接部上,有導致焊接部分離的可能。因此在產(chan) 品設計階段應通過模擬軟件對燈具在安裝時可能產(chan) 生的應力進行模擬分析。若應力大小低於(yu) 安全值則判定為(wei) 合格。 


3.2 作業條件分析


激光焊接工程在實際生產(chan) 過程中需要考慮各種可能導致焊接不良問題的發生,常見需要考慮的問題有:作業(ye) 尺寸,激光入射角度,激光折射角度,光源位置,加壓角度,加壓力,治具尺寸公差,作業(ye) 員安全性等。其中治具尺寸公差雖然微小,但不可忽略,它與(yu) 激光能否有效進入焊接部是息息相關(guan) 的。產(chan) 品在設計時應考慮極限位置偏差狀態下,激光是否保證全周都可以有效進入焊接部,而不發生能量損失甚至反射。 


3.3 拉伸強度分析


汽車作為(wei) 最常見的交通工具,消費者在顛簸的路麵高速行駛等惡劣條件下,也要保證車燈各項性能達標。所以即使氣密檢查合格也需要對焊接部的拉伸強度進行評價(jia) 分析,評價(jia) 方法為(wei) :將車燈的焊接部分段切割,固定一側(ce) ,利用拉伸力計強行將焊接部件拉致脫離焊接部,測定該力是否高於(yu) 安全值。 


3.4 焊接壓入量分析


激光焊接設備的參數設定較為(wei) 複雜,時間,壓力,位移量都會(hui) 影響焊接質量。其中位移量可以通過切割斷麵測量,可以直觀的判斷壓入量與(yu) 拉伸強度間的關(guan) 係。其方法為(wei) 將焊接區分段切割成幾部分,並將斷麵打磨至可清晰分辨出兩(liang) 種材質分界線的狀態,測量壓入被溶化部件的壓入量是否高於(yu) 安全值。 


上述四種方法需同時判斷合格後才可以判斷為具備量產條件,並且每項評價內容需測定n=25以上的工程能力值。 

4、激光焊接量產(chan) 品質管理方法 


在激光焊接各項品質均達到要求後,產品進入量產階段,但量產中產品形狀變更,生產場地變更等情況時有發生,因為激光焊接的精密性,每一個微小的變化都有影響焊接品質的可能,所以在產品進入量產階段後也要持續對焊接品質進行評估。其常用評估方法有:氣密檢查法,吹爆試驗法,破壞試驗法等。 


4.1 氣密檢查法


氣密檢查法是將完成激光焊接的部件放置於(yu) 治具上,對開口部進行加壓,觀察氣壓計讀書(shu) 是否發生變化,氣壓保持不變判斷為(wei) 合格。此方法適用於(yu) 各種焊接工藝,一般對全品進行檢查。 


4.2 吹爆試驗法


吹爆試驗法是指從(cong) 開口部對完成激光焊接的部件進行充氣,直至焊接部破裂,觀察氣壓計的最大讀數作為(wei) 破壞瞬時氣壓,判斷該壓力是否高於(yu) 安全至。此法一般僅(jin) 對首末件進行檢查。 


4.3 破壞試驗法


破壞試驗法是將完成激光焊接的部件用錘子等工具破壞,並將激光透過的部件強行從(cong) 被溶化部件剝離,觀察剝離後的結合部狀態,是否焊接部全周均為(wei) 脆性破壞。此法一般僅(jin) 對首末件進行檢查。 

5、結束語 

文章通過對國內(nei) 車燈企業(ye) 的調查,發現大部分車燈製造商都意識到激光焊接技術在車燈領域的優(you) 勢,並或多或少在一些車型上有所嚐試,但與(yu) 此同時新技術引入所產(chan) 生的隱患在一些製造商中未能被很好的意識到,導致因焊接品質不良發生漏水,導致一些客戶投訴的情況發生。通過對激光焊接技術較成熟的製造商的調查,意識到先進的生產(chan) 技術必須要以先進的品質管理技術支持才能真正發揮其優(you) 勢。 


參考文獻


[1]許文濤,等,激光焊接的工作原理及其主要工藝參數[J].中國機械,2010. 


[2]李康.環保燈具設計[J].設計與(yu) 創新,2012. 


[3]原田陽史.FMEA基礎(第二版)[M].日本規格協會(hui) ,2010. 


作者簡介:劉彧 ,男,天津市人,工作單位:天津斯坦雷電氣有限公司,職務:係長,研究方向:車燈設計。

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