浅谈激光拼焊板在车架纵梁上的应用

GXF360 2019-11-07

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1. 概述

激光拼焊板技术是基于成熟的激光焊接技术发展起来的现代加工工艺技术，是通过高能量的激光将几块不同材质、不同厚度、不同涂层的钢材焊接成一块整体板再冲压生产，以满足零部件不同部位对材料不同性能的要求。目前，激光拼焊板已广泛应用在汽车车身的各个部位上，如侧围内板、门内板、前地板、前纵梁及保险杠等。热轧钢在线激光拼焊生产如图1所示。

与对鲁迅不同，沈从文对周作人是由衷的钦敬，不止一次地称赞他如“秋水”般的性格，甚至巴金在小说《沉落》中对周作人一类知识分子的生活有所影射，沈从文就认为巴金火气太大，“过分偏持，不能容物”，与之通过几封长信为周作人辩护。

激光拼焊板工艺的出现解决了传统单一厚度材料所不能满足的超宽板，以及零件不同部位具有不同工艺性能要求的工艺问题。本文主要针对我公司某车型纵梁使用激光拼焊板的应用效果进行分析，通过模具结构优化，达到稳定成形、节省调试时间、控制成本的目的。

农机合作社蓬勃发展。自2007年《农民专业合作社法》颁布实施以来，在国家强农惠农政策拉动和各级政府的重视支持下，河南省紧紧围绕中原经济区和粮食核心区建设，大力推动农机合作社发展，有效地带动了先进农业技术的集成应用和规模化推广，促进了土地适度规模经营和产业化发展。截至2017年年底，全省依法登记注册的农机合作社达6708个，入社社员14.5万户，服务农户558万户，合作社资产总额152.5亿元；拥有大中拖拉机7.2万台，联合收获机械5.8万台，粮食烘干机895台，配套农具18.6万台套；年作业服务面积1.2万亩/次，年度总收入约84亿元。

2. 激光拼焊板技术特点

将剪裁后的等厚或不等厚、相同或不同涂层及强度的钢板，依据轿车车身结构的强度、重量等性能的优化设计原则，用激光拼焊成整张坯板后再整体冲压成形，替代零件组合焊接成形。因此，采用激光拼焊板有着巨大的优势，可以给汽车制造业带来显著的经济效益，主要体现在以下几个方面。

图1 热轧钢在线激光拼焊生产示意

（1）提高材料利用率采用激光拼焊技术，可避免使用大尺寸板材。如侧围外板，可分成几块成形后，所需板料可分成相应的小尺寸板材。通过采用小尺寸板料拼焊，可大大提高材料利用率，从而使生产设备和制造工艺简化，减少成形工具、冲压机的工装投资以及运输、储存金属材料的费用，提高了生产效率，降低整车制造及装配成本。

（2）降低车身的重量受车身刚度强度和材料的限制，传统车身同一板件的料厚相同，虽然这样可满足整体强度需要，但是对强度要求较低的部位也采用同一厚度板材，会增加车身重量。采用激光拼焊技术可避免此种情况的出现，使料厚按强度的需求合理分布。

（3）节约成本以车门内板为例：为保证功能需要，车门内板的主体必须具有一定的柔性，而面板的前后部需要有一定的强度。如果采用传统的冲压成形方法需要另外设计加强板，而采用拼焊板技术，可将三块不同厚度的钢板拼焊成一个整板后再冲压成形。不等板厚拼焊成的前门内板如图2所示。

在教学环节中，潜意识具有重要的作用，能够暗示学生的心理，规范学生的行为，促进学生的认识过程。因此，教师要采取有效的措施来开发学生的潜意识。教学环节中，教师要为学生构建积极暗示的教学环境，多采用暗示教学法，以此来启发学生的潜意识，同时还要培养学生有节奏地思考，加强学生的心理训练，通过一些特定的训练方法来培养开发学生的潜意识，从而促进教学效率的提升。

若四门内板使用激光拼焊，年产量达到30万辆时，每辆车可降低成本50元，批量生产时节约成本更高。若左右前纵梁使用激光拼焊，年产量达到22万辆时，每辆车可降低成本25元，因此激光拼焊工艺适用于产量较大的车型。

（4）车身性能要求激光拼焊板可以提高装配件的抗腐蚀性能。采用激光拼焊板可以改良车身结构，在撞击过程中吸收更多的能量，从而改良车身部件的抗击冲撞能力，提高车身的被动安全性、车身质量稳定性和结构可靠性。因此采用激光拼焊技术的汽车能使车身在静态负荷、冲击负荷及变荷下保持强度均衡。

3. 激光拼焊板在我公司某车型纵梁上的应用

（1）项目简介我公司某项目的地板左/右前纵梁是整个驾驶室的承重结构件，材料选用宝钢B340LA，料厚为前段2.0mm，后段1.6mm，外形尺寸为1205mm×275mm×190mm（见图3）。

图2 不等板厚拼焊成的前门内板

产品特点及要求如下：①产品拉延深度大，立面高度110mm，拔模角3°～4°，且材质为B340LA，成形比较困难。②产品形状扭曲且立面特征较少，采用高强板，回弹很大且不容易控制。③采用激光拼焊板，需要控制焊缝偏移，同时防止焊缝处撕裂。④产品孔位较多且相互间夹角大，有限工序数内工艺设计存在困难。⑤该件拉延过程中立面容易产生翘曲、回弹；拉延深度大的地方容易产生开裂、暗伤；前后段容易产生扭曲；拼焊焊缝容易偏移且不容易控制。

扬中市生态优美，气候宜人，向来有“江中明珠”的美誉。城市内绿树成荫，城市绿化覆盖率达到40%，是全国首批“国家级生态示范区”，先后创成“国家卫生城市”“国家生态市”“国家环保模范城市”“国家园林城市”。优良的生态环境进一步推动了宜居宜业宜游的“生态旅游岛”建设。

（2）项目工艺方案常规工艺方案：为保证拉延时料片流动均匀，消除产品开裂问题，提高材料利用率，采用端头开口拉延和大致随形的毛坯形状，落料后的料片形状和尺寸如图4所示。

1.2.4 适当加大棚间距：由于后墙厚度加大，所以适当加大前后棚之间的距离，以免出现前栋温室影响后栋温室的采光。要求每栋棚占地宽度达到18～20米。

工艺设计如下：O P05-落料；OP10-拉延；OP20-修边；OP30-上翻边、侧整形；OP40-侧修边、侧冲孔；OP50-侧翻边、侧冲孔、冲孔；OP60-冲孔、侧冲孔。

根据现有工艺规划，其坯料为998mm×885mm×2mm和998 mm×457 mm×1.6mm，单台车地板左（右）前纵梁板料重量19.8kg，单台车平均焊缝长度为473.75 mm×2=947.5mm；板料采购成本为每吨10000元，即板料成本为198元，材料利用率为49.4%。CAE分析结果如图5所示，分析结果显示该方案可行。图6为产品实物OP10序和OP60序照片，实物与CAE分析一致，满足使用要求。

图3 左前纵梁产品（下视图和侧视图）

方案优化分析：开发落料模的原因是条形料成形时容易开裂。开裂的原因是焊缝附近为产品折弯处，该处料片实际宽度大于其他处。落料工序作用是让料片与产品随形，减小该处料片尺寸，因此可以从减小该处料片的宽度着手。

图4 常规工艺布局落料排样

图5 常规工艺布局CAE分析结果

图6 常规工艺OP10序和OP60序冲压件实物

如果在焊缝处将料片按照需要错开，该处料片宽度可明显减小，但成形性未知。根据以上分析，我们使用autoform软件对该思路及方案做了验证，优化后的料片尺寸如图7所示。

错位拼焊工艺方案：左/右前纵梁的形状复杂，拉延深度深及拉延深度变化大，成形过程中材料的流动难以确定，冲压方向不容易确定，变形条件不容易掌握。采用激光拼焊工艺，可通过对材料尺寸优化，利于拉深成形过程中的金属流动。

错位拼焊工艺方案的工艺排布是在常规方案基础上取消了O P05落料工序，且对O P10拉延筋进行局部优化。根据其规划单台车板料重量为8.75kg×2=17.5kg，单台车焊缝长度缩减740mm，板料采购成本为每吨8500元，即板料成本为148.75元，材料利用率为55.8%。错位拼焊分析结果如图8所示，分析结果显示无成形性问题。图9为产品实物OP10序和OP60序照片，左前纵梁激光拼焊板实物与CAE分析结果一致，板件成形性优良，满足使用要求。

1.3.4 子宫内膜异位症专用生存质量评价量表(EHP-5)评分[11] 该量表包括11个条目，每个条目评分范围0～100分，评分越低患者生存质量越高。

图7 错位拼焊板图样

图8 错位拼焊工艺CAE分析结果

图9 错位拼焊OP10序和OP60序冲压件实物

（3）项目工艺方案实施效果主要包括以下几点：①可确保整车满足公司的工序数和材料利用率指标。冲压件的品质和精度均满足要求，工序数减小一序，材料利用率提升11%。②产生了良好的经济效益。每年节省白车身生产费用为106.94万元。③不等料厚激光拼焊板的应用，使白车身在保证强度的同时减轻重量，有效实现节能减排，仅纵梁使用激光拼焊板后白车身减重0.66kg。④采用错位拼焊后，提高了材料利用率，每台车纵梁使用板材由19.8kg降低到17.5kg，有效减少钢材消耗2.3k g。⑤单台车激光拼焊板焊缝长度由947.5mm减少到740mm，减少激光拼焊成本，实现了节能减排。