汽车纵梁加强件用激光拼焊板开裂问题研究

江聚宁

摘 要：汽车前边梁左右件为激光拼焊件，在实际冲压使用中，冲压第一序深拉延工序存在偶发开裂现象，为薄板侧靠近焊缝处，严重时裂口延展至零件表面，造成零件报废。通过分析激光拼焊板的原材料性能波动、冲压模具设计、激光拼焊板品质问题等确定了开裂的原因，并提出有效的整改措施。通过网格分析检测确认此次改善效果完全满足现有生产要求。

关键词：汽车纵梁加强件；激光拼焊板；开裂因素

引言

激光拼焊板技术是利用激光将不同厚度、不同材料及不同表面涂层的钢板拼接在一起，可以为提高车身强度、降低汽车重量、减少汽车制造和运行成本提供显著成效。目前，国内外激光拼焊板的应用已经相当成熟，传统方式可以将激光拼焊板按照材料厚度、强度级别以及拼焊方式的不同分为：同厚度不同强度、不同厚度同强度及不同厚度同等强度三类。

车门内板是汽车上典型的形状复杂、拉延深的零件，发生开裂主要与激光拼焊板表面状态、

力学性能、焊接强度以及零件的模具状态等有较大关系。

1.激光拼焊板开裂因素

聚焦零件冲压开裂，协同用户排查，经整理，主要因素以下几点。

1）原材料性能波动。

2）落料坯料品质问题：落料件外形尺寸确认左、右前边梁采用专用落料模，每批次结合落料件断面质量对模具刃口进行点检和保养。通过每批次抽检，外形尺寸与标准样板在公差±1mm范围内，平坦度≤2.0 mm，毛刺≤0.13 mm。

3）激光拼焊板品质问题：拼焊件外形尺寸确认。焊接采用专用夹具，夹具与拼焊件采用轮廓定位，误差1mm；焊接工艺技术，在焊接起始时存在时间差，焊接的开始和结束端有1MM收弧口产生。通过夹具调整，使其中一边对齐，另一侧人工打磨消除错边。每批次按标准样件和检测要点检查并记录，发往用户现场实施抽检，确认外形尺寸与标准样板在公差±1mm范围内，达到用户送货标准。可防止因拼焊件外形轮廓尺寸超差，引起的冲压零件开裂。

4）冲压设备精度：焊缝性能杯突实验。杯突实验：激光拼焊板生产线体装有超声波检测仪，用于检测焊接位置的漏焊、缺焊等缺陷，检测设备精度高、确认快，可以将废品率控制在 0.5%。为了确认激光拼焊板的焊接强度能否满足纵梁加强件的拉延深度，此次随机抽取两张激光拼焊板进行杯突试验，杯突试验是评价金属薄板成形性的试验方法，经常用于检测激光拼焊板的焊接强度。从测试效果来看，两张激光拼焊板在薄板热影响区以外发生开裂，并且开裂方向与焊缝平行，满足生产使用要求。

针对前期对用户两个厂区不同模具网格实验的成型工序件进行对比，1号厂区的工艺补充面较2号厂区工艺补充面有差异。结合实际产线和模具状态，在用户冲压技术科支持和协调中，对1号厂区压机闭合高度调整试做。（+50mm、+30mm、+15mm）冲压，闭合高度+15mm左右材料发生开裂，模具闭合材料压紧（此区域与焊缝位置较接近，约20mm位置）影响材料流动，导致深冲工序材料开裂。调试结果：通过1号厂区800T半自动冲压线记录，红色圆圈区域工艺补充面较集聚，设备稳定性较差于2号厂区全自动稳定性。产线精度是要因。

5）模具精度：冲压模具。针对1号厂区的产线和模具状态，对冲压1号厂区冲压模具跟踪，改善模具状态。调整冲压机到底成型压力；调整压边圈的平衡块间隙；PB工艺补充面依2号厂区变更；对PB.PD成型钢块表面TD涂层部分失效，进行抛光。调试结果：通过1号厂区调试记录，红色圆圈区域工艺补充面依然偶发焊缝边部的母材开裂。模具设计是冲压开裂的要因。

6）冲压工艺。

为了能够了解冲压后零件的真实状态，在生产过程中随机抽取一个零件进行网格分析。网格分析用于测量实体零件减薄率，其分析结果可以清晰认识零件减薄率的分布情况。

网格成形极限分析：在本工况条件下区域A由于材料力学性能波动、冲压工况差异等因素影响下，第一工序已发生开裂现象。实验结果：通过厚度应变和网格应变实验，红色圆圈区域安全裕度为10%，处于临界区域边缘，其他区域内的测量点均位于安全范围内。模具工艺：前期模具整改期间提出，模具工艺的合理性。参与用户技术部门、模具保全商讨模具工艺合理性。模具设计中没有设置焊缝端部的切边工艺，因拼焊板的拼焊装夹误差和零件公差，叠加在拼焊后有1mm的错边和收弧口。此处的缺陷在成型时有偶发焊缝开裂和整车焊装超差。通过对全工序模具检讨，PB成型模有多处优化空间，后工序模具增加焊缝端部切边无空间。与东风日产相关部门对增加焊端切边的工艺检讨打合：考虑模具能力及潜在风险，暂不增加切边工艺。

2.对策

2.1 确定方案

通过前期要因确认，积极协同用户冲压技术科的冲压试做。

1、PB成型模具镶块新制，包括工艺造型变更，镶块TD处理；

2、用户1号厂区对冲压线PB工序冲压机更换；

3、更换落料模老化镶块；

4、由2016年同期焊缝开裂率0.6%降至0.3%。

2017年6月底，結合调查结论，对用户提出改善方案：不在现在基础上增加模具改造风险前提下，提出在厚板落料边线增加工艺缺口的方案，一并与用户研发中心评估该零件可实施的改善方案。结合零件数模，通过CAE仿真分析，初步确定落料模边线的优化方案。

2.2 实施方案

在前期采用激光切割C型工艺口后，试做效果明显。

经过前期激光切割试做的检测报告，重新优化落料边线。对落料刃口线的镶块进行了新制。通过落料试制成功后，后序批量生产一个月。

2017年9月、10月开始试量产供货，前边梁批量试作不良率为0.01%，比2016年0.73%不良率下降0.72%

2.3方案效果

通过此次方案的实施，解决了原先零件成型工艺设计不合理及模具状态老化，产生的焊缝开裂、边部暗裂品质不良；

改进后提高左、右前边梁成材率0.72%，用户每年左、右前边梁使用量约108万片，其经济效益每年约：1，080，000x0.72%X62.36=48.5万元，该零件为长期使用零件，预计生命周期10年，项目总效益485万元。

3.结论

前边梁成型工艺优化项目通过技术协同，最终实现在为客户解决“老大难”质量问题的同时，提升了零件成材率，同时为类似零件的前期设计提供了参考方向。

参考文献

[1]田树伟，孟华，王志楠，黄晓东.激光拼焊板冲压成形中焊缝开裂原因分析与避免措施[J].模具工业，2015，41（07）：68-71.

[2]龚红英，徐培全，黄金湘，姚华.汽车左纵梁加强件拉深成形性研究[J].模具技术，2008（04）：6-9.

[3]侯明明.对EQ140汽车纵梁加强板的功能分析与改进[J].二汽科技，1985（05）：7-10.

（作者单位：广州花都宝井汽车钢材部件有限公司）