汽车车身的激光-mig复合焊接工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及汽车车身制造领域，特别是一种汽车车身制造的激光-MIG复合焊接 工艺。
【背景技术】
[0002] 前许多知名的汽车制造商都致力于研发一种性价比高，成本低，效率高的汽车，如 美国福特、克莱斯勒、日本丰田、三菱、日产、韩国现代、法国Courreges、Ventury等。而国内 汽车制造商比亚迪、吉利、奇瑞、力帆、中兴等车企也纷纷在致力于研发新型高能高效汽车。 而在汽车车身制造中的激光-MIG复合焊工艺是其中最关键的工序。
[0003]激光具有高方向性、高亮度、高单色性及高相干性的四大特性，构成了能量在空间 和时间上的高度集中，可传输极远距离并具有高能量或高强度，在材料加工领域（包括焊 接）中被视为理想的热源。激光焊接具有特点在于焊接速度高、焊缝窄、熔深大、热输入量 少，但焊接更厚的材料需要更高的功率，所需的功率由金属物理性质、表面吸收率和反射率 决定。MIG焊接特点在于电源成本低、电弧稳定性好焊缝桥联性好、易于通过填充金属改善 焊缝结构。而激光-MIG复合焊可结合两者的优点，既能获得所需焊缝形貌，又能在高的焊 接速度同时，充分利用电弧焊过程的稳定性。
[0004]汽车车身焊接现有的技术方案主要有：
[0005] 1)传统的钎焊工序为：用比母材熔点低的金属材料作为钎料，用液态钎料润湿母 材和填充工件接口间隙并使其与母材相互扩散的焊接方法。
[0006] 2)传统的MIG焊（熔化极惰性气体保护焊）工序为：使用熔化电极，以外加气体 作为电弧介质，并保护金属熔滴、焊接熔池和焊接区高温金属的电弧焊方法，称为熔化极气 体保护电弧焊。用实芯焊丝的惰性气体（Ar或He)保护电弧焊法称为熔化极惰性气体保护 焊。
[0007] 3)激光焊：激光焊接以可聚焦的激光束作为焊接能源。当高强度激光照射在被焊 材料表面上时，部分光能将被材料吸收而转变成热能，使材料熔化，从而达到焊接的目的。
[0008] 4)激光-等离子弧复合焊接工序：一般采用同轴方式，等离子弧由环状电极产生， 激光从等离子弧中间穿过而加工到工件表面。现有方案主要有以下缺点：
[0009] 1)传统钎焊焊接方法需要加大热量输入或整体加热，容易导致钎缝夹渣及开裂， 也容易产生气孔；
[0010] 2)传统MIG焊时，熔滴过渡时（在电弧热作用下，焊丝或焊条端部的熔化金属形成 熔滴，受到各种力的作用从焊丝端部脱离并过渡到焊池的全过程）容易影响焊接过程稳定 性、焊缝成形、飞溅大小。并且保护气氩气为惰性气体，不与任何物质发生化学反应，所以对 焊丝及母材表面的油污、铁锈等较为敏感，容易产生气孔，焊前必须仔细清理焊丝和工件， 对工件制备精度要求高，对铝等材料的适应性也比较差；
[0011] 3)传统的激光-等离子弧复合焊接工序由于焊接过程产生大量的等离子体，其对 入射的激光具有吸收、反色、散色的作用，对激光束形成屏蔽作用，降低了入射光能量有效 利用，导致熔深下降，焊缝不均匀，激光能量利用率低，焊接过程不稳定。
[0012] 4)激光吸收率低，等离子体产生导致匙孔不稳定等。
【发明内容】
[0013] 本发明的主要目的是提供一种能量输入少、形成的熔池小、工件变形小、提高生产 效率的汽车车身制造的激光-MIG复合焊接工艺。
[0014] 本发明提供的技术方案为：一种汽车车身的激光-MIG复合焊接工艺，所述的激 光-MIG复合焊接工艺中，所述的激光以正离焦的方式施加在工件上。离焦量优选为1~ 4mm〇
[0015] 在上述的汽车车身的激光-MIG复合焊接工艺中，所述的激光的离焦量dl为3mm。
[0016] 在上述的汽车车身的激光-MIG复合焊接工艺中，MIG焊所采用的MIG焊枪与与工 件之间的夹角a为20°~60° ;优选地，MIG焊所采用的MIG焊枪与与工件之间的夹角a 为45°，激光器位于工件的正上方。
[0017] 在上述的汽车车身的激光-MIG复合焊接工艺中，当工件需要焊透时，在工件移动 的方向上，所述的MIG焊枪位于激光器前方。
[0018] 在上述的汽车车身的激光-MIG复合焊接工艺中，所述的焊丝与激光光斑的距离 为光丝距离d2,所述的光丝距离d2为1~2mm。
[0019] 在上述的汽车车身的激光-MIG复合焊接工艺中，所述的焊枪的电极与工件表面 的距离为焊丝的干伸长度d3,所述的干伸长度d3为15mm。
[0020] 在上述的汽车车身的激光-MIG复合焊接工艺中，所述的焊丝直径为1~I. 2mm。
[0021 ] 在上述的汽车车身的激光-MIG复合焊接工艺中，所述的MIG焊枪的焊接电流为 120A，送丝速率为12m/min，激光的功率为I. 5KW。
[0022] 在上述的汽车车身的激光-MIG复合焊接工艺中，在焊接开始前，在工件焊缝两端 设置引弧板，引弧板的材质与工件的材质一致，引弧板与焊缝为无坡口对接，在焊接开始 时，从工件一侧的引弧板的起始端开始焊接，焊接至工件另一侧的引弧板的末端时结束焊 接。
[0023] 在上述的汽车车身的激光-MIG复合焊接工艺中，引弧板的长度不少于100mm。
[0024] 本发明的有益效果如下：
[0025] 1)本技术方案采用激光-MIG复合焊接能量输入少，形成的熔池小，工件变形小， 减少了焊接后纠正焊接变形的工作，提高生产效率，也节约能耗；
[0026] 2)本技术方案采用激光-MIG复合焊接进行一定的弧长修正及起弧收弧控制，最 终实现电弧稳定，使整个焊接过程稳定性提高，同时激光-MIG复合焊接速度非常高，故可 以降低生产时间和生产成本；
[0027] 3)电弧解决单激光吸收率匙孔不稳定等问题；
[0028] 4)本技术方案采用控制激光-MIG复合焊接过程的焊接方向、优化工艺参量及通 过正离焦焊接，避免形成等离子体屏蔽激光，可以获得焊缝正面饱满，背面均匀的形貌，并 通过小直径焊丝及引弧板来控制焊缝的成形，提高焊接的综合经济效益。
【附图说明】
[0029] 图1是本发明的实施例1-5所采用的焊接设备；
[0030]图2是实施例2的焊接电流和激光功率对焊接性能的影响的曲线图；
[0031]图3是实施例4的激光与电弧之间的位置关系图；
[0032] 图4是实施例4的光丝距离对焊接性能的影响的曲线图；
[0033] 图5是实施例5的结构示意图；
[0034] 图6是实施例1的在不同送丝速度和电弧弧长的条件下的焊接效果图；
[0035]图7是实施例6的在不同的离焦量的条件下的焊接效果图。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合【具体实施方式】，对本发明的技术方案作进一步的详细说明，但不构成对 本发明的任何限制。
[0037] 实施例1
[0038] 激光一MIG复合焊焊接试验使用的MIG焊接电机为Panasonic脉冲MIG半自动焊 机，最大输出电流为250A，焊接时与激光头一起固定在焊接机器人上。试验用的激光器为 YLS-10000光纤激光器，最大焊接功率为10KW，激光头聚焦焦距为250mm，焦点处光斑直径 为0.3mm。两热源采用旁轴复合，激光垂直焊接工件，MIG焊枪与工件之间的交角为45°， 采用正离焦，离焦量为3mm，设置焊丝干伸长度约15mm，焊接过程采用纯度为99. 999 %的Ar 保护。
[0039] 如图1所示，dl为焦点与工件的距离，d2为焊丝与激光光斑中心的距离（光丝距 离），d3为电极与母材表面之间的距离，决定了焊丝的干伸长度。11为激光器，12为MIG焊 枪，13为保护气，14为工件移动方向。
[0040] 本实施例主要是考察送丝速率、电弧弧长对焊接性能的影响。
[0041]通过改变送丝速率（4、6、8、10、12、14、16)111/111111及弧长大小（2、4、6、8、10、12)111111， 在进行多次复合焊接试验后，当焊丝进丝角度即MIG焊枪与与工件之间的夹角a约45°， 焊接方向为后送丝，获得最佳的焊缝质量（熔深、焊缝形貌）的试验参量如表1所示，交叉 实验的42组实验数据如表2所示。
[0042]表1 :
[0045]表 2:
[0046]
[0047] 如图6所示，左侧的图片为送丝速率为12m/min，弧长为8mm时的焊接形态，右侧 图片为送丝速率为4m/min，弧长为12mm时焊缝形貌。
[0048] 需要说明的是：焊接速率是指：本专利中，激光焊接时，激光聚焦点不发生移动， 待焊接工件相对于激光聚焦点的移动速度；
[0049] 正离焦是指：激光焦点的位置位于被焊接工件上方。
[0050]d3距离过大，一方面会使送丝变得不稳定，另一方面会使电弧过长，易产生电弧摆 动，出现烧边现象，使得焊接过程不稳定，d3距离过小，则焊接电弧太短，易形成短路，在焊 接过程中所通过焊接电源的弧长修正进行微调，从而保证焊接的稳定性。
[0051] 由上表可以看出，最佳的送丝速率为12m/min，弧长为8mm时，获得的焊缝熔深最 大，其表面形貌均匀，没有气泡，无挂渣。
[0052] 由于焊接过程电弧采用一元化控制，即通过确定送丝速率来确定焊接电流及电 压，要想提高焊接电流，则需提高送丝速率。在送丝速率较低时，由于焊接电流较低，焊接过 程中熔滴过渡不稳定，熔滴不能形成稳定的射流过渡，所以焊接过程电弧不稳定，飞溅大。 而在送丝速率为12m/min时，熔滴过渡稳定，形成稳定射流过渡，焊缝熔深大，表面均匀，故 控制送丝速率对激光-MIG焊接的质量尤为重要。
[0053] 弧长对于焊接过程的稳定性