摘 要:隨著汽車行業(yè)的飛速發(fā)展。汽車零配件的生產(chǎn)技術(shù)也隨之不斷創(chuàng)新。汽車車燈作為車輛重要的照明外裝配件,在功能上外觀上都影響了汽車的商品性。為順應(yīng)消費(fèi)者對(duì)品質(zhì)及美感的追求,激光焊接技術(shù)逐漸廣泛被應(yīng)用于車燈領(lǐng)域。然而在新技術(shù)復(fù)雜工藝導(dǎo)入的同時(shí),相應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生影響產(chǎn)品質(zhì)量的潛在隱患,導(dǎo)致車燈機(jī)能不良甚至有發(fā)生交通事故的可能,文章結(jié)合FMEA(設(shè)計(jì)潛在失效模式)的思想,提供了幾種在設(shè)計(jì)階段保證產(chǎn)品質(zhì)量的分析方式,以及在試做以及量產(chǎn)后對(duì)品質(zhì)進(jìn)行管理的常用方法。

引言
近年來隨著全球汽車市場(chǎng)需求的擴(kuò)大,在汽車智能化進(jìn)程加速推進(jìn)的同時(shí),以激光技術(shù)為代表的先進(jìn)制造技術(shù)也在不斷推動(dòng)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(shì)所趨。激光焊接技術(shù)于2002年10月首次引入中國(guó),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。
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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(duì)象為樹脂,其他原理與車身焊接相同。它是將待焊接的兩個(gè)或多個(gè)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(gè)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(zhǎng)810-1064nm),透射過第一個(gè)部件,然后被第二個(gè)部件吸收所,所吸收的近紅外線激光化為熱能,將兩個(gè)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(jiǎn)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(dòng)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(gè)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(shí),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(huì)對(duì)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(shì)。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(huì)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(gè)從識(shí)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(jiǎn)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
?。?)生產(chǎn)條件要求高。激光焊接技術(shù)對(duì)尺寸位置精度的要求是多方面的,首先要對(duì)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(shí)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(píng)估該產(chǎn)品是否達(dá)到可量產(chǎn)的條件。
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激光焊接量產(chǎn)前評(píng)估方法介紹
常見的評(píng)估方式有:應(yīng)力分析,作業(yè)條件分析,拉伸強(qiáng)度測(cè)定,焊接沉入量測(cè)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(shí)車燈會(huì)受力并無法釋放,導(dǎo)致車燈內(nèi)長(zhǎng)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(duì)燈具在安裝時(shí)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(shí)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(duì)焊接部的拉伸強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)價(jià)分析,評(píng)價(jià)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(cè)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(shí)間,壓力,位移量都會(huì)影響焊接質(zhì)量。其中位移量可以通過切割斷面測(cè)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(cè)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(shí)判斷合格后才可以判斷為具備量產(chǎn)條件,并且每項(xiàng)評(píng)價(jià)內(nèi)容需測(cè)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(chǎng)地變更等情況時(shí)有發(fā)生,因?yàn)榧す夂附拥木苄?,每一個(gè)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(duì)焊接品質(zhì)進(jìn)行評(píng)估。其常用評(píng)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(duì)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(duì)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(duì)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(shí)氣壓,判斷該壓力是否高于安全至。此法一般僅對(duì)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(duì)首末件進(jìn)行檢查。
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結(jié)束語(yǔ)
文章通過對(duì)國(guó)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(shí)到激光焊接技術(shù)在車燈領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì),并或多或少在一些車型上有所嘗試,但與此同時(shí)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(shí)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(duì)激光焊接技術(shù)較成熟的制造商的調(diào)查,意識(shí)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(shì)。
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與傳統(tǒng)塑料焊接工藝相比,激光焊接具有焊接強(qiáng)度高,加熱和冷卻速度極快,熱影響區(qū)小,焊接應(yīng)力和變形很?。环墙佑|加工,對(duì)焊件不產(chǎn)生外力作用,可焊接難于接觸的部位;焊接工藝穩(wěn)定,焊縫表面和內(nèi)在質(zhì)量好,性能高;激光在真空、空氣及某種氣體環(huán)境中均能施焊,通過玻璃或?qū)馐该鞯牟牧线M(jìn)行焊接等諸多優(yōu)點(diǎn)。
大族激光特種焊接裝備產(chǎn)品線致力于開發(fā)塑料激光焊接工藝,在汽車、電子、家電等行業(yè)有著豐富的塑料激光焊接經(jīng)驗(yàn),目前已開發(fā)準(zhǔn)同步焊接、透明塑料焊接、實(shí)時(shí)溫控焊接、旋轉(zhuǎn)激光焊接、復(fù)合激光焊接等。




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山西省化工研究所(有限公司) | 高工 | 塑料助劑和改性塑料 |
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活動(dòng)推薦:2019塑料激光焊接材料·工藝·裝備創(chuàng)新論壇(9月17日 蘇州)2019塑料激光焊接材料·工藝·裝備創(chuàng)新論壇
9月17日
蘇州相城 高鐵金科大酒店
(蘇州北高鐵站正對(duì)面)
主要議題:
No. | 議題 | 擬邀請(qǐng)單位 |
1 | 幾種塑料焊接工藝的比較 | 待定 |
2 | 塑料激光焊接的歷史與發(fā)展趨勢(shì) | 樂普科 |
3 | 激光焊接專用塑料在汽車領(lǐng)域開發(fā)研究 | 聚隆 李品博士 |
4 | 熱塑性塑料激光透射焊接質(zhì)量的影響因素 | 寶理 技術(shù)中心高級(jí)技術(shù)經(jīng)理 潘能升 |
5 | 塑料激光焊接關(guān)鍵設(shè)備介紹 | 華焯 郭林華 總經(jīng)理助理 |
6 | 激光焊接PBT/PET材料在汽車領(lǐng)域開發(fā)研究 | 蘭蒂奇/巴斯夫/南通星辰/朗盛 |
7 | 吸收劑在激光焊接改性塑料中的應(yīng)用 | 富麗彩/大展吉源 |
8 | 適用于激光焊接色母的介紹 | 待定 |
9 | 激光焊接塑料工藝在車燈的實(shí)際應(yīng)用案例 | 待定 |
10 | 激光焊接塑料工藝在新能源汽車領(lǐng)域的應(yīng)用 | 杜邦/艾曼斯/帝斯曼 |
11 | 激光焊接塑料工藝在醫(yī)療器械和部件上的應(yīng)用 | 樂普 |
12 | 塑料激光焊接中激光器的介紹 | 銳科 行業(yè)經(jīng)理 鄭勤 |
13 | 激光焊接自動(dòng)化生產(chǎn)線介紹 | 三束 經(jīng)理 萬國(guó)強(qiáng) |
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