近年來隨著全球汽車市場需求的擴(kuò)大,在汽車智能化進(jìn)程加速推進(jìn)的同時,以激光技術(shù)為代表的先進(jìn)制造技術(shù)也在不斷推動汽車制造業(yè)的更新?lián)Q代,先進(jìn)激光制造技術(shù)與汽車生產(chǎn)的結(jié)合已是大勢所趨。激光焊接技術(shù)于2002年10月首次引入中國,并迅速在車身焊接領(lǐng)域嶄露頭角,而其在車燈領(lǐng)域的應(yīng)用也在迅速發(fā)展。
1 車燈領(lǐng)域激光焊接技術(shù)概要
1.1 原理
車燈領(lǐng)域的激光焊接焊接的對象為樹脂,其他原理與車身焊接相同。它是將待焊接的兩個或多個樹脂部件通過激光產(chǎn)生的熱能使樹脂部件熔化并完全粘合的技術(shù),以此實(shí)現(xiàn)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,然后以近紅外線激光NIR(波長810-1064nm),透射過第一個部件,然后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面熔化,形成焊接區(qū)。(3)施加壓力,使焊接區(qū)牢固。
1.2 特點(diǎn)[2]
優(yōu)點(diǎn):(1)能量集中,多余能耗極小。(2)熔化樹脂體積小,產(chǎn)生多余樹脂屑少。(3)因不屬于接觸式焊接制程,機(jī)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(xué)折射原理控制,因此適用于各種形狀的產(chǎn)品。(5)激光束可聚焦在很小的區(qū)域,可焊接小型且間隔相近的部件。(6)可焊材質(zhì)種類范圍大,亦可相互接合各種異質(zhì)材料。(7)易于以自動化進(jìn)行高速焊接,亦可以數(shù)位或電腦控制。(8)可以切換裝置將激光源共享在多個設(shè)備上。
缺點(diǎn):(1)焊件位置需非常精確,務(wù)必在激光束的聚焦范圍內(nèi)。(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范圍內(nèi)。(3)樹脂材料的顏色會對焊接性有影響。(4)設(shè)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(jié)能環(huán)保以及適用面廣等多方面都存在優(yōu)勢。但由于精度高,需要相應(yīng)產(chǎn)品及夾治具有嚴(yán)格的尺寸公差要求。
2 車燈焊接技術(shù)FMEA
2.1 FMEA是什么
在企業(yè)實(shí)際的質(zhì)量管理體系運(yùn)作中,雖然都會去編制一份有關(guān)“預(yù)防措施”的形成文件的程序,但真正可以達(dá)到預(yù)見性地發(fā)現(xiàn)較全面的潛在問題通常存在較大難度。為能有效地實(shí)施“預(yù)防措施”,使可能存在的潛在問題無法出現(xiàn),需要一個從識別問題到控制潛在影響的管理系統(tǒng),其制定方法即“潛在失效模式及后果分析”,或簡稱為FMEA[3]。
2.2 為何要將FMEA應(yīng)用到車燈激光焊接技術(shù)中
(1)生產(chǎn)條件要求高。激光焊接技術(shù)對尺寸位置精度的要求是多方面的,首先要對焊接部全周的激光路徑進(jìn)行模擬,結(jié)合焊接部的形狀,可以計(jì)算出允許的位置偏差量。而實(shí)際生產(chǎn)中不但要考慮產(chǎn)品本身的變形,還要考慮到使用夾治具等所有有可能產(chǎn)生位置偏差的尺寸及公差。同時激光設(shè)備及加壓設(shè)備的參數(shù)設(shè)定也較復(fù)雜。(2)使用條件差異大?,F(xiàn)如今激光焊接技術(shù)在車燈行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用雖已趨于成熟,但由于車燈形狀不同,與車體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(chǎn)前需要一系列的方法去評估該產(chǎn)品是否達(dá)到可量產(chǎn)的條件。
3 激光焊接量產(chǎn)前評估方法介紹
常見的評估方式有:應(yīng)力分析,作業(yè)條件分析,拉伸強(qiáng)度測定,焊接沉入量測定等方法[3]。
3.1 應(yīng)力分析
車燈與車身一般通過螺栓連接,在安裝時車燈會受力并無法釋放,導(dǎo)致車燈內(nèi)長期存在應(yīng)力。此應(yīng)力作用于焊接部上,有導(dǎo)致焊接部分離的可能。因此在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段應(yīng)通過模擬軟件對燈具在安裝時可能產(chǎn)生的應(yīng)力進(jìn)行模擬分析。若應(yīng)力大小低于安全值則判定為合格。
3.2 作業(yè)條件分析
激光焊接工程在實(shí)際生產(chǎn)過程中需要考慮各種可能導(dǎo)致焊接不良問題的發(fā)生,常見需要考慮的問題有:作業(yè)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(yè)員安全性等。其中治具尺寸公差雖然微小,但不可忽略,它與激光能否有效進(jìn)入焊接部是息息相關(guān)的。產(chǎn)品在設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮極限位置偏差狀態(tài)下,激光是否保證全周都可以有效進(jìn)入焊接部,而不發(fā)生能量損失甚至反射。
3.3 拉伸強(qiáng)度分析
汽車作為最常見的交通工具,消費(fèi)者在顛簸的路面高速行駛等惡劣條件下,也要保證車燈各項(xiàng)性能達(dá)標(biāo)。所以即使氣密檢查合格也需要對焊接部的拉伸強(qiáng)度進(jìn)行評價分析,評價方法為:將車燈的焊接部分段切割,固定一側(cè),利用拉伸力計(jì)強(qiáng)行將焊接部件拉致脫離焊接部,測定該力是否高于安全值。
3.4 焊接壓入量分析
激光焊接設(shè)備的參數(shù)設(shè)定較為復(fù)雜,時間,壓力,位移量都會影響焊接質(zhì)量。其中位移量可以通過切割斷面測量,可以直觀的判斷壓入量與拉伸強(qiáng)度間的關(guān)系。其方法為將焊接區(qū)分段切割成幾部分,并將斷面打磨至可清晰分辨出兩種材質(zhì)分界線的狀態(tài),測量壓入被溶化部件的壓入量是否高于安全值。
上述四種方法需同時判斷合格后才可以判斷為具備量產(chǎn)條件,并且每項(xiàng)評價內(nèi)容需測定n=25以上的工程能力值。
4 激光焊接量產(chǎn)品質(zhì)管理方法
在激光焊接各項(xiàng)品質(zhì)均達(dá)到要求后,產(chǎn)品進(jìn)入量產(chǎn)階段,但量產(chǎn)中產(chǎn)品形狀變更,生產(chǎn)場地變更等情況時有發(fā)生,因?yàn)榧す夂附拥木苄裕恳粋€微小的變化都有影響焊接品質(zhì)的可能,所以在產(chǎn)品進(jìn)入量產(chǎn)階段后也要持續(xù)對焊接品質(zhì)進(jìn)行評估。其常用評估方法有:氣密檢查法,吹爆試驗(yàn)法,破壞試驗(yàn)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于治具上,對開口部進(jìn)行加壓,觀察氣壓計(jì)讀書是否發(fā)生變化,氣壓保持不變判斷為合格。此方法適用于各種焊接工藝,一般對全品進(jìn)行檢查。
4.2 吹爆試驗(yàn)法
吹爆試驗(yàn)法是指從開口部對完成激光焊接的部件進(jìn)行充氣,直至焊接部破裂,觀察氣壓計(jì)的最大讀數(shù)作為破壞瞬時氣壓,判斷該壓力是否高于安全至。此法一般僅對首末件進(jìn)行檢查。
4.3 破壞試驗(yàn)法
破壞試驗(yàn)法是將完成激光焊接的部件用錘子等工具破壞,并將激光透過的部件強(qiáng)行從被溶化部件剝離,觀察剝離后的結(jié)合部狀態(tài),是否焊接部全周均為脆性破壞。此法一般僅對首末件進(jìn)行檢查。
5 結(jié)束語
文章通過對國內(nèi)車燈企業(yè)的調(diào)查,發(fā)現(xiàn)大部分車燈制造商都意識到激光焊接技術(shù)在車燈領(lǐng)域的優(yōu)勢,并或多或少在一些車型上有所嘗試,但與此同時新技術(shù)引入所產(chǎn)生的隱患在一些制造商中未能被很好的意識到,導(dǎo)致因焊接品質(zhì)不良發(fā)生漏水,導(dǎo)致一些客戶投訴的情況發(fā)生。通過對激光焊接技術(shù)較成熟的制造商的調(diào)查,意識到先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)必須要以先進(jìn)的品質(zhì)管理技術(shù)支持才能真正發(fā)揮其優(yōu)勢。
參考文獻(xiàn)
[1]許文濤,等,激光焊接的工作原理及其主要工藝參數(shù)[J].中國機(jī)械,2010.
[2]李康.環(huán)保燈具設(shè)計(jì)[J].設(shè)計(jì)與創(chuàng)新,2012.
[3]原田陽史.FMEA基礎(chǔ)(第二版)[M].日本規(guī)格協(xié)會,2010.
作者簡介:劉 ,男,天津市人,工作單位:天津斯坦雷電氣有限公司,職務(wù):系長,研究方向:車燈設(shè)計(jì)。
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