傳(chuan) 統工藝中汽車車身零件有兩(liang) 種成形方法：分離成形和整體(ti) 成形。分離成形方法是將大型零件分成小型單個(ge) 件分別成形，然後焊接成部件，其優(you) 點是可以根據各部位的要求選擇不同材質、不同厚度的材料；缺點是需要更多的工裝模具和設備的投入，製造成本較高，同時焊接總成的配合精度和整車質量也有所下降。整體(ti) 成形法是用整體(ti) 板料直接成形大型零件。主要的優(you) 點是工裝模具和設備的投入大大減少，製造成本相對較低，產(chan) 品質量得到了提高；缺點是必須對零件所有部位采用相同材質和相同厚度的材料，難以很好的實現結構優(you) 化的需要。

激光拚焊板技術

激光拚焊板技術是基於(yu) 成熟的激光焊接技術發展起來的現代加工工藝技術，是通過高能量的激光將幾塊不同材質、不同厚度、不同塗層的鋼材焊接成一塊整體(ti) 板再衝(chong) 壓生產(chan) ，以滿足零部件不同部位對材料不同性能的要求。拚焊板工藝的出現解決(jue) 了由傳(chuan) 統單一厚度材料所不能滿足的超寬板及零件不同部位具有不同工藝性能要求的工藝問題。圖1為(wei) 分別成形、整體(ti) 成形和激光拚焊成形生產(chan) 轎車側(ce) 圍外板的示意圖。

 
圖1 轎車側(ce) 圍外板成形方法比較

激光拚焊板的優(you) 勢

采用激光拚焊板有著巨大的優(you) 勢，可以給汽車製造業(ye) 帶來顯著的經濟效益，主要體(ti) 現在：使整車零件數量大大減少，簡化了點焊工藝，提高了車身尺寸精度減少了質量問題，材料厚度的可變性保證了對重要位置的強化等方麵。

圖2所示為(wei) 東(dong) 風中型車駕駛室整體(ti) 頂蓋采用激光拚焊板成功進行生產(chan) 的實例，圖3所示為(wei) 東(dong) 風重型車分離成形後焊接的頂蓋總成示意圖。拚焊整體(ti) 衝(chong) 壓比分件衝(chong) 壓取得了明顯的經濟效益：模具投資由原先的490萬(wan) 元減少到360萬(wan) 元；減少了設備占用麵積和操作人員數量；零件重量由於(yu) 搭接麵的減少而降低了0.55kg，材料利用率達到了相對最高的76.8%，材料消耗減少了5.33kg/輛。

圖2 中型車一排半駕駛室整體(ti) 頂蓋

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圖3 重型車標車前後頂總成

激光拚焊板的衝(chong) 壓成形工藝性

拚焊板使用的技術問題，最主要的是由焊縫區組織變化所造成的成形性能下降和焊縫移動等因素引起的工裝製造難題。

1.拚焊板的衝(chong) 壓成形性能

對拚焊板成形性能的研究表明：

（1）激光焊接後的焊接接頭部位強度比母材部分有一定程度的提高，厚度比率的變化對強度的影響沒有材料等級比率變化影響大，不同等級材料的焊接接頭強度主要取決(jue) 於(yu) 低強度等級的材料。

（2）焊接接頭部位成形性能比母材有一定程度的降低，隨拚焊厚度差異和強度差異的增加，成形性能降低。

（3）對於(yu) 不等厚拚焊板，拉伸方向與(yu) 焊縫方向相同時，拚焊板塑性變形能力明顯降低，薄側(ce) 比例越小則降低越多。

（4）拚焊板的拉伸破壞方式一般有兩(liang) 種：一是當焊縫與(yu) 拉伸方向一致時，由於(yu) 焊縫的塑性比母材低，焊縫部位往往被拉斷；二是當焊縫與(yu) 拉伸方向垂直時，薄側(ce) 母材容易產(chan) 生過量減薄而拉裂。

此外，拚焊板在實際使用中不僅(jin) 要關(guan) 注其成形性能，還要考慮到其不同的料厚差異對後續工序的影響，如料厚差異較大或者性能差異較大的焊縫線應避免穿過小孔衝(chong) 壓位置（易導致小孔折彎或斷裂）等。

2.拚焊板的焊縫移動及其工藝對策

焊縫移動是拚焊板區別於(yu) 普通整板生產(chan) 的根本因素，也是產(chan) 品設計及工藝分析是否成功的根本。根據拉延工藝理論和相關(guan) 的實驗論證可以得出以下結論：焊縫移動方向和移動距離主要取決(jue) 於(yu) 焊縫兩(liang) 側(ce) 材料強度比、焊縫位置以及拉伸壓邊力分布等。

由於(yu) 焊縫移動量隻能減小而不能消除，這就需要在焊縫處不等厚模麵側(ce) 一定範圍內(nei) 設定料厚空開麵。空開麵向料薄一側(ce) 空開，壓料麵區域空開相應較大，凹模凸模對應處相應較小。

采用夾緊裝置可以明顯改善焊縫移動程度，使得焊縫移動量減少72.6%～84.9%。實際的車身覆蓋件設計中，也可以在產(chan) 品結構可能的情況下，在靠近焊縫處設計合理的加強筋等結構，通過模具結構先成形焊縫部位從(cong) 而控製焊縫的移動。

除采取必要的工藝措施控製和減少焊縫移動之外，還應該在焊縫移動區對模具結構采用合金鑲塊等措施控製型麵的磨損和拉毛。

3.焊縫移動的CAE分析

隨著計算機技術的發展，已經能夠應用CAE手段對拚焊板的焊縫移動規律進行更為(wei) 準確的分析，這為(wei) 產(chan) 品設計提供了合理的依據，也為(wei) 製造工藝的合理化打下了堅實的基礎。圖4為(wei) 中型車側(ce) 圍內(nei) 板拚焊生產(chan) 的CAE分析結果，它清晰的反映了各部位的焊縫移動量及整體(ti) 拉延狀況等。

 
圖4 拚焊板整體(ti) 衝(chong) 壓CAE分析結果

中型車側(ce) 圍內(nei) 板拚焊位置的確定及其對成本的影響

圖#p#分頁標題#e#5為(wei) 中型卡車駕駛室側(ce) 圍示意圖，分別由料厚0.75mm的側(ce) 圍角板和料厚1.6mm的側(ce) 圍內(nei) 板組成，分界線為(wei) 圖示的彎延曲線。最初工藝為(wei) 兩(liang) 個(ge) 零件分別成形再焊接成整體(ti) 。按該方案相應的衝(chong) 壓排樣及材料利用效果如圖6所示。可以看出該方案的缺點是材料利用率極低，分別為(wei) 36.2%和43.9%，同時零件生產(chan) 工藝性也較差。考慮到兩(liang) 件的裝配關(guan) 係，初步判斷如采用拚焊方式生產(chan) 將有效改善產(chan) 品工藝性和降低成本。

 
圖5 中型卡車駕駛室側(ce) 圍

 
圖6 分件生產(chan) 排樣及材料利用效果

1.焊縫位置的選擇

激光拚焊產(chan) 品的設計意圖能否通過工藝得到最好的實現，其關(guan) 鍵的環節就在於(yu) 拚焊焊縫的位置選擇是否成功。焊縫位置的設定不僅(jin) 要考慮產(chan) 品功能和結構的需要，還要從(cong) 衝(chong) 壓工藝性的要求、成本的要求等方麵綜合考慮，三者有機結合才會(hui) 得到最優(you) 的設計結構和整車質量。

依據拉延理論和拚焊成形技術的研究成果等要求，可以得到以下選擇焊縫位置的基本原則：

1）焊縫的選擇首先要滿足產(chan) 品結構和功能的要求。

（2）焊縫為(wei) 直線，且最好保證在完成工藝排樣後為(wei) 方形板料拚焊。

（3）焊縫應避免穿越產(chan) 生拉延效果很大的區域，特別要防止焊縫平行穿越成形R區域。

（4）由於(yu) 不同料厚的衝(chong) 裁間隙差異，要盡可能避免焊縫穿越小孔衝(chong) 裁位置。

以圖5所示的側(ce) 圍為(wei) 例，產(chan) 品最初設計結構為(wei) 彎曲的折線。以該曲線為(wei) 焊縫是拚焊技術目前所不能滿足的，同時該曲線在圖示A/B部位會(hui) 由於(yu) 拉延時焊縫的移動造成小孔處可能出現0.75mm、1.6mm兩(liang) 種料厚，這容易導致小孔衝(chong) 頭的彎曲或折斷，因而需要重新選擇焊縫位置。

按照焊縫設定原則（1）和（2）的要求首選的焊縫位置如圖5紅粗線所示。該焊縫的主要缺點在於(yu) 拉延時焊縫向厚料移動仍會(hui) 使A孔出現不同料厚，同時由於(yu) A處凸包起伏形狀較大，可能出現拉延開裂。結合圖5中A、C兩(liang) 孔的位置關(guan) 係將拚焊線調整至圖7所示位置，基本滿足了相關(guan) 各項要求。

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圖7 基本滿足相關(guan) 要求的焊縫位置

2.成本因素對焊縫位置的影響

圖8所示為(wei) 東(dong) 風某車型側(ce) 圍，初步設計階段的拚焊線如紅線所示。針對該方案的CAE分析結果為(wei) 焊縫沿線嚴(yan) 重開裂（圖9）。其主要原因在於(yu) 圖示A處靠近R角，變形劇烈。

 
圖8 某車型側(ce) 圍及其拚焊線

 
圖9 初定焊縫位置CAE結果

考慮該件的造型特點，完全滿足工藝性的焊縫線如圖8藍線所示，CAE效果良好。對比圖8的兩(liang) 條焊縫線可以看出，完全滿足工藝性的方案1.6mm厚料區明顯加大，因而零件重量加大、材料消耗也明顯增加，所以該方案也不是最佳的結果。

能否類比圖7的方式按圖10設定拚焊線呢？若按照該方案實施，將最大限度符合產(chan) 品要求並大大減少厚料區域，從(cong) 而降低產(chan) 品成本。

工藝分析圖10方案最大的風險是台階和斜麵區域可能出現焊縫區開裂（CAE分析也印證了這一結果），需要對該區做相應設計更改。產(chan) 品設計部門依據分析對相應區域做了斜麵變緩和過渡處理，圖11所示為(wei) 經過產(chan) 品優(you) 化後滿足產(chan) 品、工藝、成本諸因素的CAE分析結果。

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圖10 類比設定的拚焊線

 
圖11 優(you) 化產(chan) 品設計後滿足工藝及成本的CAE結果

結語

激光拚焊板作為(wei) 一種新的工藝手段，給車身製造帶來新的產(chan) 品解決(jue) 方案，並給質量提高和成本降低帶來了新的機遇。同時由於(yu) 其工藝實施的特殊性，需要產(chan) 品設計、衝(chong) 壓工藝和模具製造等相關(guan) 人員更為(wei) 密切的配合，才能最終製造出既滿足結構和性能要求、工藝合理穩定、成本最低的合格產(chan) 品。