本文通过样片级别实验与实车级别实验相结合的方法，探索不同焊接速度、不同功率条件下对激光焊外观质量和微观质量的影响规律。

铝合金激光焊接技术是近十几年来发展起来的一项新技术。与传统焊接方法相比，激光焊具有热输入小，能量密度高，热影响区窄而熔深大，热变形小，接头性能好及易于控制等优点，因而逐渐得到广泛的应用。但由于铝合金具有较好的导热性能，对极高的激光束初始反射率及焊接过程中产生的等离子体对激光束的屏蔽作用，使得工件吸收光束能量困难，焊接过程不稳定，同时还易产生裂纹、气孔等缺陷。

目前对于铝合金激光焊接技术的研究依然是当前激光焊研究的热点，尤其是研究铝合金激光焊的熔化特性、气孔和裂纹的成因机理、焊接缺陷对力学性能的影响和激光焊接铝合金的等离子体现象等等。如何基于铝合金激光深熔焊的小孔诱导及行为机理，广泛应用于铝合金白车身的实际生产中，提升铝合金激光焊焊接质量是目前全球主机厂的研究重点和难点。而在实车制造中，不同工艺参数对铝合金车门5系内板和6系铝合金加强板激光深熔焊焊接质量影响的研究尚未报道。

因此本文尝试通过以下方法来探索在不同焊接速度和功率条件下对激光焊外观质量和微观质量的影响规律。该研究主要通过两个路径：⑴利用样片实验研究不同参数对铝合金焊接质量的影响并获得最优参数。⑵实车上分析最优参数下铝合金激光焊焊接质量。

样片级别实验

实验材料为5182/1.5mm铝合金和S600/1.5mm铝合金，其化学成分分别如表1和表2所示，搭接形式：上层板S600/1.5mm+下层板5182/1.5mm，样片尺寸40mm×200mm，之后分别研究激光功率(表3）、焊接速度（表4）对该搭接形式的铝合金激光焊焊接质量的影响。

图1所示是在功率为55%，焊接速度为60mm/s时的结果，其中图1(a）为焊缝的金相照片，图1(b）为激光焊接完成后背部的照片。从结果来看：在该焊接参数下，焊缝的熔深一条为0.37mm，一条为0.80mm，而公司要求的最小熔深为0.45mm，则0.37mm这条焊缝不合格；两条焊缝的熔宽分别为1.71mm和1.40mm，均满足公司要求的最小熔宽1.35mm，但1.40mm处于达标的边缘。并且从图1(b）可以看出，无背透现象。

图2所示是在功率为60%，焊接速度为60mm/s时的结果，其中图2(a）为焊缝的金相照片，图2(b）为激光焊接完成后背部的照片。从结果来看：该焊接参数下，焊缝的熔深一条为0.49mm，一条为0.86mm，均满足公司要求的最小熔深0.45mm；两条焊缝的熔宽分别为1.46mm和1.83mm，均满足公司要求的最小熔宽1.35mm。并且从图2(b）可以看出，无背透现象。

图3所示是在功率为65%，焊接速度为60mm/s时的结果，其中图3(a）为焊缝的金相照片，图3(b）为激光焊接完成后背部的照片。从结果来看：该焊接参数下，焊缝的熔深一条为0.53mm，一条为0.98mm，均满足公司要求的最小熔深为0.45mm；两条焊缝的熔宽分别为1.46mm和1.89mm，均满足公司要求的最小熔宽1.35mm。并且从图3(b）可以看出，出现背透现象。

比较以上三种功率下的激光焊质量，熔深与熔宽随功率的变化曲线如图4所示，从结果看：⑴功率越大，熔深与熔宽越大，但功率从60%到65%时，熔深与熔宽的增大率小于5%。⑵随着功率的增大，有背透的风险，在功率为65%时，出现背透。因此样片测试结果显示功率选择在最大功率的60%时相对较优。

图5所示是在功率为60%，焊接速度为70mm/s时焊缝的金相照片。从结果来看：该焊接参数下，焊缝熔深为0mm和0.27mm，均不能达到公司的要求，熔宽为0mm和1.35mm，其中一条无法满足公司的标准要求，另一条是刚刚达到公司的要求，因此在该参数下，无法满足公司的激光焊质量要求。

图6所示是在功率为60%，焊接速度为50mm/s时的结果，其中图6(a）为焊缝的金相照片，图6(b）为激光焊接完成后背部的照片。从结果来看：该焊接参数下，焊缝的熔深一条为0.61mm，一条为1.01mm，均满足公司要求的最小熔深0.45mm；两条焊缝的熔宽分别为1.60mm和1.80mm，均满足公司要求的最小熔宽1.35mm。从图6(b）可以看出，该参数下出现明显的背透现象。

比较以上三种焊接速度（图2、图5和图6）下的激光焊质量，熔深与熔宽随焊接速度的变化曲线如图7所示，从结果看：⑴焊接速度越小，熔深与熔宽越大，但从50mm/s时，出现明显的背透。⑵焊接速度越大，熔深与熔宽越小，但在70mm/s时出现未熔的现象。因此，样片测试结果显示速度选择在60mm/s时相对较优。

实车级别验证

采用样片级别得出的焊接参数，在激光功率为最大功率的60%，焊接速度为60mm/s的条件下进行焊接，焊接两台车，选取4条焊缝来研究，如图8中的RB1和 RB3。

图9所示是2台车次每台车上4条焊缝的金相照片结果。从结果来看。

⑴所有焊缝的熔深与熔宽均满足公司的标准，证明样片级别实验获得的参数是有效的。

⑵分别对比VB1-2车和VB1-1车上RB1和RB3两条焊缝的金相可知。

1）同一车次，同一零件不同位置的匹配间隙是不均匀的，大的间隙在0.3mm左右。

2）间隙在小于0.3mm的情况下，可满足熔深与熔宽的要求。

3）同一车次，不同位置间隙对熔深与熔宽的影响。

①VB1-1：熔宽差异达0.3mm，熔深差异达0.5mm，熔深波动较大达19%。

②VB1-2：熔宽差异达0.6mm，熔深差异达0.03mm。

⑶分别对比RD1和RD2两条焊缝在不同车次VB1-1和VB1-2上的金相照片可知。

1）不同车次相同位置的零件匹配间隙差异较大，近0.3mm。

2）不同车次，相同位置的间隙对熔深和熔宽的影响。

①RD2：熔深差异在0.11mm，熔宽差异在0.02mm。

②RD4：熔深差异在0.27mm，熔宽差异在0.25mm，熔宽波动较大达12%。

结论

⑴样片级别实验结果表明焊接速度对激光焊质量的影响：焊接速度越小，熔深与熔宽越大，焊接速度在50mm/s时容易出现背透；焊接速度越大，熔深与熔宽越小，焊接速度在70mm/s时，容易出现未熔透，焊接速度在60mm/s时，熔深与熔宽相对较优。

⑵样片级别实验结果表明激光焊功率对激光焊质量的影响：焊接速度在60mm/s时，功率越大，熔深与熔宽越大，功率从60%Pmax增加到65%Pmax时，熔深熔宽增加率小于5%，且在65%Pmax时，出现背透。

⑶对比实车级别实验与样片级别实验，焊接速度在60mm/s，功率在60%Pmax时，实车焊接的熔深、熔宽和样片测出的熔深、熔宽均能满足公司的标准，且两板间隙控制在0.3mm的情况下，可满足公司熔深与熔宽的要求，但熔深与熔宽的波动相对较大。

作者简介

杨栋，高级工程师，主要负责铝车身连接技术工作，曾主持完成全铝车身ES8和ES6的连接技术工艺开发及量产验证，并获得2项省级科技鉴定成果，拥有2项专利。