鋁合金激光焊接技術是近十幾年來發(fā)展起來的一項新技術。與傳統(tǒng)焊接方法相比，激光焊具有熱輸入小，能量密度高，熱影響區(qū)窄而熔深大，熱變形小，接頭性能好及易于控制等優(yōu)點，因而逐漸得到廣泛的應用。但由于鋁合金具有較好的導熱性能，對極高的激光束初始反射率及焊接過程中產生的等離子體對激光束的屏蔽作用，使得工件吸收光束能量困難，焊接過程不穩(wěn)定，、氣孔等缺陷
目前對于鋁合金激光焊接技術的研究依然是當前激光焊研究的熱點，尤其是研究鋁合金激光焊的熔化特性、氣孔和裂紋的成因機理、焊接缺陷對力學性能的影響和激光焊接鋁合金的等離子體現(xiàn)象等等。如何基于鋁合金激光深熔焊的小孔誘導及行為機理，廣泛應用于鋁合金白車身的實際生產中，提升鋁合金激光焊焊接質量是目前全球主機廠的研究重點和難點。而在實車制造中，不同工藝參數(shù)對鋁合金車門5系內板和6系鋁合金加強板激光深熔焊焊接質量影響的研究尚未報道
因此本文嘗試通過以下方法來探索在不同焊接速度和功率條件下對激光焊外觀質量和微觀質量的影響規(guī)律。該研究主要通過兩個路徑：⑴利用樣片實驗研究不同參數(shù)對鋁合金焊接質量的影響并獲得最優(yōu)參數(shù)。⑵實車上分析最優(yōu)參數(shù)下鋁合金激光焊焊接質量
樣片級別實驗實驗材料為5182/1.5mm鋁合金和S600/1.5mm鋁合金，其化學成分分別如表1和表2所示，搭接形式：上層板S600/1.5mm+下層板5182/1.5mm，樣片尺寸40mm×200mm，之后分別研究激光功率(表3）、焊接速度（表4）對該搭接形式的鋁合金激光焊焊接質量的影響
表15182鋁合金成分(%)
表2S600鋁合金成分(%)
表3激光焊功率影響的參數(shù)設置
表4激光焊焊接速度影響的參數(shù)設置
圖1所示是在功率為55%，焊接速度為60mm/s，其中圖1(a）為焊縫的金相照片，圖1(b）為激光焊接完成后背部的照片。從結果來看：在該焊接參數(shù)下，焊縫的熔深一條為0.37mm，一條為0.80mm，而公司要求的最小熔深為0.45mm，則0.37mm這條焊縫不合格；兩條焊縫的熔寬分別為1.71mm和1.40mm，均滿足公司要求的最小熔寬1.35mm，但1.40mm處于達標的邊緣。并且從圖1(b）可以看出，無背透現(xiàn)象
圖1功率為55%
圖2所示是在功率為60%，焊接速度為60mm/s，其中圖2(a）為焊縫的金相照片，圖2(b）為激光焊接完成后背部的照片。從結果來看：該焊接參數(shù)下，焊縫的熔深一條為0.49mm，一條為0.86mm，均滿足公司要求的最小熔深0.45mm；兩條焊縫的熔寬分別為1.46mm和1.83mm，均滿足公司要求的最小熔寬1.35mm。并且從圖2(b）可以看出，無背透現(xiàn)象。
圖2功率為60%
圖3所示是在功率為65%，焊接速度為60mm/s，其中圖3(a）為焊縫的金相照片，圖3(b）為激光焊接完成后背部的照片。從結果來看：該焊接參數(shù)下，焊縫的熔深一條為0.53mm，一條為0.98mm，均滿足公司要求的最小熔深為0.45mm；兩條焊縫的熔寬分別為1.46mm和1.89mm，均滿足公司要求的最小熔寬1.35mm。并且從圖3(b）可以看出，出現(xiàn)背透現(xiàn)象。
圖3功率為65%
比較以上三種功率下的激光焊質量，熔深與熔寬隨功率的變化曲線如圖4所示，從結果看：⑴功率越大，熔深與熔寬越大，但功率從60%到65%，熔深與熔寬的增大率小于5%。⑵隨著功率的增大，有背透的風險，在功率為65%，出現(xiàn)背透。因此樣片測試結果顯示功率選擇在最大功率的60%。
圖4焊接速度一定，熔深與熔寬隨功率變化的曲線
圖5所示是在功率為60%，焊接速度為70mm/s。從結果來看：該焊接參數(shù)下，焊縫熔深為0mm和0.27mm，均不能達到公司的要求，熔寬為0mm和1.35mm，其中一條無法滿足公司的標準要求，另一條是剛剛達到公司的要求，因此在該參數(shù)下，無法滿足公司的激光焊質量要求。
圖5焊接速度為70mm/s
圖6所示是在功率為60%，焊接速度為50mm/s，其中圖6(a）為焊縫的金相照片，圖6(b）為激光焊接完成后背部的照片。從結果來看：該焊接參數(shù)下，焊縫的熔深一條為0.61mm，一條為1.01mm，均滿足公司要求的最小熔深0.45mm；兩條焊縫的熔寬分別為1.60mm和1.80mm，均滿足公司要求的最小熔寬1.35mm。從圖6(b）可以看出，該參數(shù)下出現(xiàn)明顯的背透現(xiàn)象。
圖6焊接速度為50mm/s
比較以上三種焊接速度（圖2、圖5和圖6）下的激光焊質量，熔深與熔寬隨焊接速度的變化曲線如圖7所示，從結果看：⑴焊接速度越小，熔深與熔寬越大，但從50mm/s，出現(xiàn)明顯的背透。⑵焊接速度越大，熔深與熔寬越小，但在70mm/s。因此，樣片測試結果顯示速度選擇在60mm/s。
圖7激，熔深與熔寬隨焊接速度變化的曲線
實車級別驗證采用樣片級別得出的焊接參數(shù)，在激光功率為最大功率的60%，焊接速度為60mm/s的條件下進行焊接，焊接兩臺車，選取4條焊縫來研究，如圖8中的RB1和RB3。
圖8右后門激光焊焊縫分布
圖9所示是2臺車次每臺車上4條焊縫的金相照片結果。從結果來看。
⑴所有焊縫的熔深與熔寬均滿足公司的標準，證明樣片級別實驗獲得的參數(shù)是有效的。
⑵分別對比VB1-2車和VB1-1車上RB1和RB3兩條焊縫的金相可知。
⑵分別對比VB1-2車和VB1-1車上RB1和RB3兩條焊縫的金相可知。
1）同一車次，同一零件不同位置的匹配間隙是不均勻的，大的間隙在0.3mm左右。
2）間隙在小于0.3mm的情況下，可滿足熔深與熔寬的要求。
3）同一車次，不同位置間隙對熔深與熔寬的影響。
①VB1-1：熔寬差異達0.3mm，熔深差異達0.5mm，熔深波動較大達19%。
②VB1-2：熔寬差異達0.6mm，熔深差異達0.03mm。
⑶分別對比RD1和RD2兩條焊縫在不同車次VB1-1和VB1-2上的金相照片可知。
1）不同車次相同位置的零件匹配間隙差異較大，近0.3mm。
2）不同車次，相同位置的間隙對熔深和熔寬的影響。
①RD2：熔深差異在0.11mm，熔寬差異在0.02mm。
②RD4：熔深差異在0.27mm，熔寬差異在0.25mm，熔寬波動較大達12%。
結論⑴樣片級別實驗結果表明焊接速度對激光焊質量的影響：焊接速度越小，熔深與熔寬越大，焊接速度在50mm/s；焊接速度越大，熔深與熔寬越小，焊接速度在70mm/s，容易出現(xiàn)未熔透，焊接速度在60mm/s，熔深與熔寬相對較優(yōu)。
⑵樣片級別實驗結果表明激光焊功率對激光焊質量的影響：焊接速度在60mm/s，功率越大，熔深與熔寬越大，功率從60%Pmax增加到65%Pmax，熔深熔寬增加率小于5%，且在65%Pmax，出現(xiàn)背透。
⑶對比實車級別實驗與樣片級別實驗，焊接速度在60mm/s，功率在60%Pmax，實車焊接的熔深、熔寬和樣片測出的熔深、熔寬均能滿足公司的標準，且兩板間隙控制在0.3mm的情況下，可滿足公司熔深與熔寬的要求，但熔深與熔寬的波動相對較大。
楊棟，高級工程師，主要負責鋁車身連接技術工作，曾主持完成全鋁車身ES8和ES6的連接技術工藝開發(fā)及量產驗證，并獲得2項省級科技鑒定成果，擁有2項專利。