(1.深圳技師學(xué)院 廣東 深圳 518116；2.泉州師范學(xué)院 福建 泉州 362000)

一、引言

動(dòng)力電池焊后有漏液現(xiàn)象[1]。對(duì)焊縫進(jìn)行取樣、研磨、腐蝕，發(fā)現(xiàn)焊縫中心與工件拼焊中心存在一定的偏差(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為焊縫偏差)，具體變現(xiàn)為:焊縫最深點(diǎn)(熔池底部)與工件拼焊中心存在一定的偏差，如下圖1示。此偏差是自動(dòng)化控制、工藝等眾多因素綜合作用的結(jié)果。焊縫偏差問(wèn)題是一個(gè)多因素綜合影響的精度問(wèn)題。本論文分析拼焊間隙對(duì)焊縫偏差的影響。這組實(shí)驗(yàn)有助于指導(dǎo)焊接夾具的設(shè)計(jì)[2]。

圖1 焊縫偏差示意圖

二、實(shí)驗(yàn)材料、設(shè)備和方法

3003鋁合金的堆焊和拼焊試驗(yàn)，采用3003鋁合金板材，板厚2mm,加工成30mmx60mmx2mm。焊前用500#的砂紙打磨試樣表面,并用丙酮去除待焊試樣表面油污,用酒精清洗干凈，吹干待用。

本次實(shí)驗(yàn)所用的設(shè)備是聯(lián)贏(yíng)激光設(shè)備有限公司研發(fā)的振鏡掃描激光焊接機(jī)系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)裝置圖

激光器為單模光纖激光器，型號(hào)為UW-S1000-SU，其具體技術(shù)參數(shù)如表1。

表1 激光焊接機(jī)UW-S1000-SU的主要技術(shù)參數(shù)

本實(shí)驗(yàn)所用擴(kuò)束鏡為公司自主生產(chǎn)的準(zhǔn)直距離為150mm的擴(kuò)束鏡，所用振鏡為進(jìn)口瑞雷公司的SS-LD-30[1060-1080]D2/AF振鏡。所用F-theta場(chǎng)鏡為進(jìn)口瑞雷公司的S4LFT1330/328透鏡。

本實(shí)驗(yàn)采用連續(xù)激光板焊的方法，焊接工藝參數(shù)優(yōu)化后為激光功率1100W，焊接速度120mm/s，離焦量-3mm。

在其他工藝條件不變的情況下，人為地分別制造一組工件裝配間隙值：0.1mm、0.2mm、0.25mm、0.3mm，研究工件裝配偏差對(duì)焊縫偏差的影響規(guī)律。

金相試驗(yàn)所使用設(shè)備有YM-2型金相試樣預(yù)磨機(jī)，P-1型金相試樣拋光機(jī)，徠卡DM2700金相顯微鏡。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

實(shí)際焊接過(guò)程中常常由于焊接設(shè)備、工裝夾具、結(jié)構(gòu)加工精度等原因，工件會(huì)存在裝配間隙的問(wèn)題，裝配間隙往往對(duì)焊接過(guò)程造成一定的影響[4]。裝配間隙如圖9在保證焊接工藝參數(shù)、裝配高低差以及裝配接觸面的粗糙度不變的情況下，探究裝配間隙對(duì)焊縫偏差的影響。

圖3 裝配間隙示意圖

經(jīng)實(shí)驗(yàn)，為能使工件成功焊接，分別制造裝配間隙值0.1mm、0.2mm、0.25mm和0.3mm，焊接過(guò)程中，以裝配間隙一側(cè)為基準(zhǔn)，使光束入射位置始終在此邊上。每個(gè)焊件沿焊縫方向取6處進(jìn)行剖切取樣研磨腐蝕后的焊縫偏差示意圖及偏差數(shù)據(jù)分別如圖4，表2所示：

圖4 取樣剖切后焊縫橫截面圖示例

(a)0.1mm裝配間隙(a)0.2mm裝配間隙

(a)0.25mm裝配間隙(a)0.3mm裝配間隙

表2 各裝配間隙對(duì)應(yīng)的焊縫偏差及其標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)據(jù)

上面實(shí)驗(yàn)分別探究了裝配間隙為0.10mm、0.2mm、0.25mm、0.30mm時(shí)對(duì)焊縫偏差的影響。

從實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)可以看出:

1.裝配間隙為0.10mm、0.20mm、0.25mm、0.30mm，對(duì)應(yīng)的焊縫偏差均在0.08mm內(nèi)，其標(biāo)準(zhǔn)差分別為0、31.93、41.94、7.89。

2.裝配間隙對(duì)焊縫偏差有影響，且影響很明顯。裝配間隙為0.20mm、0.25mm、0.30mm對(duì)應(yīng)的焊縫偏差明顯高于裝配間隙0mm對(duì)應(yīng)的焊縫偏差，且裝配間隙0.10mm對(duì)應(yīng)的焊縫6處取樣的焊縫偏差均為0；就其偏差的波動(dòng)性而言，當(dāng)裝配間隙變大時(shí)，0.20mm、0.25mm對(duì)應(yīng)的焊縫偏差的標(biāo)準(zhǔn)差明顯變大，焊接過(guò)程不穩(wěn)定性增加。

3.裝配間隙為0.20mm、0.25mm、0.30mm時(shí)，對(duì)應(yīng)的焊縫偏差值都在80μm內(nèi)。且與裝配間隙0.30mm相比，裝配間隙為0.20mm、0.25mm時(shí)焊縫偏差波動(dòng)更大，有時(shí)為0，有時(shí)不為0，其標(biāo)準(zhǔn)差31.93、41.94也可以反映出來(lái)。其原因可能為:光束入射到工件表面時(shí)，0.20mm、0.25mm的裝配間隙改變了光束在工件內(nèi)的傳播路徑，影響熱量的傳遞方式，且工作臺(tái)本身也有一定的波動(dòng)性，綜合作用下，使得焊縫中心偏離拼焊間隙中心的波動(dòng)性較大；當(dāng)裝配間隙增大到0.30mm時(shí)，大部分光斑落在了工件間隙里，使得光束相對(duì)穩(wěn)定地由工件表面?zhèn)鞑サ焦ぜ?，從而極大地提高了焊縫偏差的穩(wěn)定性。

四、結(jié)論

實(shí)際焊接中，很難保證零裝配間隙，隨著裝配間隙的增大，主要變化是焊接過(guò)程穩(wěn)定性先下降再升高。這主要是因?yàn)檠b配間隙可改變光束在工件內(nèi)的傳播路徑，當(dāng)稍增加裝配間隙時(shí)，焊接穩(wěn)定性降低，這從焊縫中心偏差的標(biāo)準(zhǔn)差的增大可以反映出來(lái)；當(dāng)裝配間隙增大的比較大時(shí)，比如0.3mm，焊縫中心偏差的標(biāo)準(zhǔn)差陡然降低，這說(shuō)明焊接穩(wěn)定性反而增大，這主要是因?yàn)橄喈?dāng)一部分光束落在裝配間隙內(nèi)，使得光束能在空氣隙和工件中穩(wěn)定傳播。