激光焊接具有速度快、變形小、焊縫美觀、強度高等優點，廣泛應用于航空、汽車、醫療等領域。其中，激光自熔焊是一種無焊絲的非接觸式焊接工藝，焊縫形式多樣，且具有極佳的焊縫一致性。在鈑金制造領域，具有巨大的應用潛力。本文著重介紹鈑金設計在激光焊接具有翻邊45°斜接接口箱體結構中的應用。

激光焊接箱體結構中的鈑金設計

箱體選用的材料為1.5mm厚的304不銹鋼，尺寸為200mm×200mm×115mm。箱體折彎角度從下至上依次為90°、90°、80°，箱體結構示意圖見圖1。產品下料的激光切割設備為TRUMPF Trulaser 3040激光切割機，折彎設備為TRUMPF BendCell 5130折彎機，激光焊接設備為TRUMPF Trulaser Robot 5020激光焊接機。表1所示為激光焊接參數。

圖1 箱體結構示意圖

表1 激光焊接參數

在傳統焊接不銹鋼箱體結構工藝中，為得到較為美觀的焊接產品，通常需要在焊接之后進行打磨拋光處理。后續工序繁瑣，耗時較長，且在焊接過程中極易產生焊接變形和焊穿現象。而激光焊接由于其焊接速度快、變形小、焊縫美觀等優點在鈑金焊接領域具有巨大的應用潛力。

其中TRUMPF Trulaser Robot 5020（下文簡稱TR5020）激光焊接設備在焊接箱體結構中擁有巨大的優勢。TR5020在其焊接頭上集成了高精度自動調焦系統，使其可以在同一個激光焊接程序中在激光深熔焊和激光熱導焊焊接工藝之間隨時切換，無需改變機器人姿態。同時配合集成在焊接頭中的高倍CCD相機，可以更精準的調整激光焦點位置，進而使得激光焊縫具有極佳的焊縫一致性。而如何將激光焊接速度快、焊接熱影響區窄、變形小、精度高的優點應用在箱體結構的焊接中成為了亟待解決的問題。

在焊接不銹鋼箱體結構中，箱體角焊縫占據了整個焊接工藝的絕大部分。為了得到一個圓潤的激光焊接焊縫，我們對傳統焊接的搭邊量進行了優化，如圖2、圖3所示，其中，t為板厚，a為搭接量，b為激光中心在板斷面的位置，α為激光傾角。

圖2 角焊縫搭邊量改進

圖3 激光焊接搭邊量

優化后的搭邊量，采用激光熱導焊焊接工藝進行焊接。通過TR5020自動調焦系統精確設置離焦量為10.00mm，調焦精度為0.01mm。通過高倍CCD相機精確定位b值，可以實現在不填加焊絲的情況下得到圓潤的激光焊縫，如圖4b所示。該搭邊量優化方案適用于3mm及以下厚度的板材，其中a、b、α值由t值決定。

圖4 搭邊量優化示意圖及實際激光焊接效果

在焊接不銹鋼箱體結構中，邊角釋放槽的優化也極為重要，直接影響了箱體結構底部的效果。在傳統焊接過程中，一般采用矩形或圓形邊角釋放槽。但該類型邊角釋放槽，在進行激光焊接時極易造成焊穿或不飽滿的情況。邊角釋放槽示意圖見圖5。

圖5 邊角釋放槽示意圖

通過調用TRUMPF激光焊接邊角釋放槽工藝塊，對產品結構進行優化。在激光焊接后，可以得到非常飽滿、圓潤的焊接效果，幾乎不需要二次處理，極大的減少了后續加工的時間，如圖6、圖7所示。

圖6 邊角釋放槽激光焊接設計示意圖

圖7 邊角釋放槽實際激光焊接效果

激光焊接箱體結構翻邊45°斜角接口的設計

在焊接不銹鋼箱體結構中，由于折彎變形量的存在，在翻邊45°斜角接口位置很難閉合緊密，如圖8中 A處所示，采用激光焊接極難處理。因此，該接口的設計將直接影響到箱體結構的焊接質量。同時在B處也會存在較大的縫隙，直接激光焊接很難處理。

圖8 優化前結構示意圖

對于該種情況，我們對箱體結構進行了優化。在設計時將臺階面部分金屬進行切除，再延伸出兩個小臺階面，如圖9a所示，之后在展開時，以其端面為基準，將先前切除部分補齊，如圖9b、圖9c所示。在圖8中B處，做兩個臺階面交錯延伸，以增加金屬補償量，彌補在此處產生的縫隙，如圖9d所示。

圖9 翻邊45°斜角接口鈑金設計示意圖

圖10為實際激光焊接之后的效果。由圖10a可以看到在接口處閉合緊密，完全滿足激光焊接工藝要求。焊縫表面美觀，過渡自然，無凹陷、焊穿等現象。圖8中B處也得到了良好的填充。

圖10 翻邊45°斜角接口激光焊接效果

結束語

隨著焊接工藝的不斷發展，傳統的鈑金設計方案將逐漸捉襟見肘。同樣激光焊接在鈑金行業的推廣中，新的激光焊接鈑金設計方案的推出也將勢在必行。

——摘自《鈑金與制作》 2019年第6期