在降低油耗增加能耗比的背景下，全鋁車身因其重量輕、強度高、耐腐蝕性能好等優(you) 勢，被越來越多的汽車廠所青睞並應用於(yu) 高端車型。隨著企業(ye) 對輕型金屬材料需求的日益增加，輕金屬焊接工藝顯得尤為(wei) 重要。
然而，由於(yu) 目前合金技術的原因，鋁材成型後易氧化而氧化鋁有著熔點高、光線反射率高的特點，使得全鋁車身焊接工藝加工難度大。本文聚焦激光填絲(si) 熔焊與(yu) 激光熔焊在全鋁車身焊接中的應用。

激光焊接原理
激光焊接在汽車行業(ye) 焊裝車間，多用於(yu) 頂蓋、側(ce) 圍、前後蓋、四門、底板、覆蓋件等部位的連接。激光填絲(si) 熔焊技術是以激光為(wei) 熱源，以頂蓋、側(ce) 圍外板連接為(wei) 例，使填充焊絲(si) 和部分母材板件熔化、部分金屬液態化，待金屬冷卻後形成穩定的連接。激光熔焊技術是以激光為(wei) 熱源，以側(ce) 圍內(nei) 、外板連接為(wei) 例，使上層板件熔透、下層板件部分熔化，使兩(liang) 層板的部分金屬液態化，待金屬冷卻後形成穩定的連接。

全鋁車身輕量化
減少汽車自身質量是降低油耗最有效的措施之一，使用鋁合金材料可以有效實現車身輕量化。實現汽車輕量化主要是輕量化結構設計及優(you) 化、先進輕量化材料應用、先進輕量化製造技術應用，采用新型材料是汽車輕量化最直接有效的方法。
輕量化就是在保證汽車的強度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車的整備質量，從(cong) 而提高汽車的動力性，減少燃料消耗，降低排氣汙染。實驗證明，若汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%~8%；汽車重量降低1%，油耗可降低0.7%；汽車整備質量每減少100千克，百公裏油耗可降低0.3~0.6升。

激光焊在全鋁車身上的應用
激光焊接係統主要由激光源、激光焊接頭、送絲(si) 係統、冷卻係統、機器人、PLC控製係統等組成，應用於(yu) 全鋁車身頂蓋激光填絲(si) 熔焊、機艙前風擋激光熔焊、頂蓋後翻邊激光熔焊、側(ce) 圍激光熔焊、側(ce) 圍流水槽激光填絲(si) 熔焊。

鋁合金激光填絲(si) 熔焊
鋁合金激光填絲(si) 熔焊區別於(yu) 傳(chuan) 統的激光釺焊，填充焊絲(si) 材料為(wei) 鋁絲(si) ，較釺焊的CuSi3焊絲(si) 更軟，需要嚴(yan) 格控製間隙以及減少鋁被氧化，因此需要采用壓輪係統及保護氣係統。頂蓋與(yu) 側(ce) 圍外板連接左右兩(liang) 側(ce) 焊縫較長，由於(yu) 尺寸原因很難保證上下板間隙能夠穩定在0.2mm以內(nei) ，通過使用1.2mm的鋁絲(si) 可以盡可能彌補因為(wei) 尺寸問題導致的焊接不良。

設計壓輪係統，壓輪可以根據實際工況設置成所需壓力以滿足需求，壓力設置範圍在0N-400N之間。係統中壓力設置為(wei) 60N-120N，使壓輪在下壓的過程中保證間隙良好並且不會(hui) 導致板件被過壓而變形影響焊接質量，並且保證壓輪伸出後與(yu) 送絲(si) 尖端間距保持在5mm-8mm的最佳距離如圖3所示。

鋁絲(si) 在熔化過程中尤其在高溫的作用下極易氧化，氧氣會(hui) 溶於(yu) 液態金屬中形成氣孔造成焊接不良，因此焊接過程中需要使用保護氣體(ti) 。氬氣為(wei) 惰性氣體(ti) 不溶於(yu) 液態金屬當中，焊接時可以起到隔絕空氣、減少等離子體(ti) 對激光影響的作用，保護金屬熔池。

氬氣純度應不低於(yu) 99.9%，純度不夠容易引起表麵發黑等不良現象。本係統中應用的是同軸吹氣，在焊接的過程中鋁絲(si) 與(yu) 保護氣在導管中同時送出，送氣流量設定10-16L/min，既不會(hui) 破壞熔池也能夠隔絕空氣，可以根據現場的時間情況進行調整優(you) 化如圖4所示。

鋁合金激光熔焊
鋁合金激光熔焊是在足夠高的功率密度光束照射下，使材料產(chan) 生蒸發形成高溫蒸汽，在光束移動過程中焊接部位隨溫度急速降低而冷凝，通過此方式將外板母材部分熔化與(yu) 內(nei) 板進行連接。鋁合金激光熔焊的優(you) 勢在於(yu) 焊接速度快和焊接精度高，不僅(jin) 達到了比較高的強度而且成型麵美觀工整、紋路清晰如圖5所示。

激光熔焊控製係統具備模擬量輸出功能，通過軟件設定參數，可以輸出模擬量給激光器提供所需要的功率，為(wei) 了穩定焊接的質量可以設定呈周期性的功率，在一個(ge) 周期內(nei) 可設置12組不同功率的參數。激光束在給定的頻率下進行高速偏擺，設定頻率100Hz的情況下掃描一個(ge) 周期的時間隻需要0.01秒，X向為(wei) 焊接行進方向，Y向為(wei) 光束偏擺方向，光束偏擺的幅度可以根據現場的實際板件情況進行調整，焊接頭的焦距通過設備來進行實際測量。

使用0.9mm上板與(yu) 2.2mm下板的鋁合金板材進行激光熔焊，在不同功率、不同速度、不同掃描寬度情況下，記錄兩(liang) 塊鋁材板的焊接情況。可達到焊縫寬度3mm，焊接熔深50%-80%。當焊接速度為(wei) 40mm/s，掃描寬度可達到3mm。功率為(wei) 2000w-2500w、頻率100Hz、掃描寬度3mm掃描周期變換如圖6所示，此參數焊縫寬度足夠、紋理清晰，二層板痕跡明顯，背麵手觸感有輕微的凸起，焊接成型如圖7所示。

鋁合金激光焊接工藝
 ◆ 激光焊接熔深要求
（1）填絲(si) 熔焊要求
激光填絲(si) 熔焊要求如圖8所示，激光填絲(si) 熔焊金相如圖9所示。圖中頂蓋總成與(yu) 側(ce) 圍外板為(wei) 上下板的搭接方式，上下板厚均為(wei) 1.2mm，焊接試片金相測試中連接熔寬為(wei) 1.6mm，下板熔深為(wei) 0.65mm，達到既定的強度。
（2） 熔焊要求
激光熔焊連接強度要達到既定的要求，理論上焊接熔深需要達到下層板件的三分之一以上，激光熔焊熔深要求如圖10所示。上下兩(liang) 層板件之間的貼合間隙不得大於(yu) 0.2mm，盡量保證上下板之間滿足貼合而不至於(yu) 過壓的狀態。鋁合金膨脹係數較大，尤其在高溫作用下板件容易造成形變，夾具的設計需要將整個(ge) 焊接麵進行覆蓋。
焊接過程中，焊接表麵處於(yu) 超高溫的環境，焊接完成後熔池再迅速冷卻成型，板件的貼合如果沒有達到既定的標準，內(nei) 外板件有向外作用力下容易對焊縫形成拉力導致裂紋的產(chan) 生，但在表麵四周有工裝的夾持下車身外力能夠得到抑製，不會(hui) 導致膨脹形變過大而影響整體(ti) 車身的尺寸。應用中定位銅塊為(wei) 鉻鋯銅，它有良好的導電性、導熱性，硬度高，耐磨抗爆，抗裂性以及軟化溫度高。槽型壓塊中間的一段區域用來進行熔焊加工。
激光熔焊焊縫要求表麵紋路清晰飽滿，成型麵略高於(yu) 上板，沒有明顯氣孔和裂紋，焊接熔深達到下層板件的三分之一，強度能夠達到既定的要求。圖11所示為(wei) 激光熔焊金相，上板厚0.9mm、下板厚2.2mm，焊接試片金相測試中連接熔寬為(wei) 1.8mm，下板熔深為(wei) 0.9mm，達到既定的強度。

◆ 激光焊接工藝參數
由於(yu) 鋁絲(si) 的熔點相對於(yu) 銅矽焊絲(si) 的低得多，鋁熔點大概在660℃而銅矽焊絲(si) 則要1066℃，所以在實際焊接的過程中所設置的功率參數相對較低，當功率設置為(wei) 2900W送絲(si) 速度3100mm/min機器人速度70mm/s，在銅矽焊絲(si) 的焊接中機器人速度70mm/s時功率需要3600W。
◆  激光焊接姿態
（1）填絲(si) 熔焊姿態
激光束對焊絲(si) 、母材進行加工，激光照射方向需要與(yu) 焊接麵偏轉一定角度，否則容易出現高反報警影響激光器的正常使用。焊接過程中保護氣體(ti) 的角度也有要求，保護氣體(ti) 可以保護焊接頭鏡片，提高保護鏡片使用壽命，減少煙塵、等離子體(ti) 、飛濺對激光的影響。

保護氣分為(wei) 兩(liang) 路，一路為(wei) 橫向側(ce) 吹保護氣，氣簾壓力要求達到0.5-0.6MPa；另一路為(wei) 與(yu) 激光方向夾角為(wei) 30°斜向下（遠離焊絲(si) 方向）保護氣，氣簾壓力要求達到0.15MPa。采用流量為(wei) 10-16L/min、與(yu) 送絲(si) 方向同軸吹出的氬氣，既不破壞熔池也能夠隔絕空氣，需要根據現場的實際情況進行調整優(you) 化。激光填絲(si) 熔焊姿態如圖12所示。
（2）熔焊姿態
激光熔焊加工中，激光照射方向也需要與(yu) 焊接麵偏轉一定角度，焊接時傾(qing) 斜10-15°效果最佳，激光熔焊姿態如圖13所示。

總結
本文探討了全鋁車身激光填絲(si) 熔焊與(yu) 激光熔焊兩(liang) 種激光焊接的應用。在激光焊技術高速發展的環境下，新的焊接工藝逐漸替代了傳(chuan) 統的焊接方法，通過更高效的工作方式、更簡便的操作方法得到了更好的產(chan) 品質量。在汽車製造廠追求輕量化的前提下，相信在以往成熟的應用基礎上，會(hui) 有更多的焊接應用不斷出現。
（圖片來源：華工激光）