差厚激光拼焊门内板拉深开裂解决方案
为有效实现减重减排和增加汽车车身安全性的目标，新车型钢制车身结构中将会有更多的零件采用激光拼焊板制造。激光拼焊板料拉深过程质量问题的解决方案受到各汽车公司和专业院校的重视，特别在差厚激光拼焊门内板拉深过程中，开裂问题突出，现对实际问题进行分析和总结，以期形成有效的解决方案。
现场调查发现，某车型差厚激光拼焊门内板（薄板厚度0.7mm，厚板厚度1.4mm）零件出现的开裂状态有以下2种：①激光拼焊缝位置开裂（见图1）；②薄板区激光拼焊缝旁3~5mm位置开裂（见图2）。2种问题的发生频次有一定差异，第2种焊缝旁开裂问题发生的频次较高（见表1），现将重点阐述第2种开裂问题的原因和解决方案。
表1 某车型差厚激光拼焊门内板开裂问题统计
图1 激光拼焊缝开裂
图2 激光拼焊缝旁开裂
根据经验，差厚激光拼焊门内板焊缝位置开裂的问题，主要是拼焊过程焊接质量差导致。厚薄板匹配直线度差、焊接部位有杂质、焊接气孔或虚焊等问题是导致焊接质量差的主要原因，做好焊接过程控制即可有效解决焊缝位置的开裂问题。现重点对拼焊缝旁开裂问题进行分析。
为分析差厚激光拼焊门内板开裂原因，将各开裂零件状态进行对比，发现开裂主要表现为薄板料焊缝旁3~5mm位置拉深过程的应变超过极限，使材料拉裂。
图3 某门内板CAE分析结果
图4 某门内板网格试验分析结果
将该零件工艺设计阶段的CAE结果调取出来进行检查（见图3），同时进行网格试验分析（见图4），结果显示实际零件成形后状态与CAE分析结果基本一致，可以确认薄板区在局部位置材料应变超过成形极限，产生开裂。因此差厚激光拼焊门内板焊缝旁开裂问题分析，应从以下几个方面展开。
板料拉深性能
根据钢材冲压成形原理分析，冲压件满足拉深要求的首要条件为钢材自身的力学性能参数满足零件拉深要求。现探讨的门内板开裂问题全部集中在薄板区，将该零件0.7mm薄板钢材作为分析的关键点，其各项性能参数标准如表2所示。
表2 某门内板0.7 mm薄板性能参数标准（参考）
调取生产过程中某时期内0.7mm薄板性能参数，与许可范围进行对比，各参数表现如下：屈服强度许可范围120~210MPa，实际板料屈服强度133~154MPa；抗拉强度许可范围≥260MPa，实际板料抗拉强度284~291MPa；断后延伸率许可范围≥42%，实际板料断后延伸率51%~55.5%；厚向异型系数R90值许可范围≥1.7，实际板料厚向异型系数2.6~3.1；应变硬化指数N90值许可范围≥0.2，实际板料应变硬化指数0.25~0.26，薄板性能达标。
变形力和变形是作为评判焊缝质量的重要标准，可以通过杯突试验机获得，一般以变形高度作为最终衡量标准。按照GB4156-84《金属杯突试验方法》标准，一般冲压的变形高度为5.6mm，超深冲压的变形高度为7.0mm以上。调取该时期28批次的拼焊板料杯突结果显示（见图5），板料杯突试验满足超深冲压要求。
图5 某时期激光拼焊板杯突试验结果
从理论分析可知，板料性能参数越低对拉深后零件开裂影响越大。该周期内板料力学性能参数均在许可范围内，且开裂的零件批次未能与性能参数较低的板料批次对应，该周期内板料性能参数波动情况可作为后续分析开裂的依据。
薄厚板宽度
在相同的模具工作状态下，厚度越薄的板料拉深后产生开裂的风险越高。基于上述分析，通过调整某门内板激光拼焊板的厚板与薄板宽度方向定位，使焊缝从厚板往薄板区域移动，以验证该状态下所产生的开裂风险。
图6 厚板加宽验证
调整结果显示，将激光拼焊板料往薄板侧移动3mm（见图6），拉深后拼焊缝往厚板区移动量减少，对应的薄板区应变降低，开裂风险降低。
在另一个车型激光拼焊门内板项目开发过程中，测试并验证了厚板宽度加宽（薄板宽度减少）150mm后，可以有效降低焊缝开裂风险。由此可见，厚板与薄板宽度对于开裂问题解决有比较大的影响。
拉深阻力
为了更清晰地描述板料拉深过程中所受的拉深阻力变化，通常会对各方面的变化点进行对比分析（见表3）。
表3 拉深阻力过大原因分析
该门内板零件由于结构特征和工艺造型需求，零件的拉深深度和成形相对复杂，模具的拉深筋、拉深槽以及模具压料面极易磨损，导致该门内板在生产调试过程中产生起皱。在大批量生产下，为了降低零件起皱，快速并有效的措施是增加气垫气压，调整平衡块高度，甚至对拉深筋、拉深槽或模具压料面进行补焊。采取措施后若未控制好修模量，压边间隙变小，板料压边力过大或局部拉深阻力过大，均易导致零件开裂（见图7）。
图7 起皱调试后产生开裂
在此情况下，则会产生废料区烧结拉裂、零件成形圆角隐裂、工艺补充轮廓面起皱以及激光拼焊缝旁隐裂或开裂问题共存。根据生产过程数据进行统计分析，80%的该门内板激光拼焊缝旁开裂为拉深阻力变化导致，其解决方式是改善拉深阻力（见图8）。
图8 拉深阻力修模方式
零件工艺圆角的放大调整会导致零件自身尺寸的变化，实施前需要谨慎评估，实施后应进行零件尺寸的检测确认，避免修模后零件尺寸超差。
拉深筋、拉深槽的补焊研配时，补焊使用的焊条应与模具的母材对应，避免模具本体的开裂或焊接后因应力释放产生裂纹。同时焊条的烘干、焊接电流、焊接电压、施焊过程敲锤释放应力等均应按照标准实施，避免产生二次损伤。模具零件型面的补焊研配遵循同样的修复方案，同时在研配阶段控制研配的余量，采用合适的油石和砂纸。
模具零件型面的表面镀铬处理是模具稳定状态下保证零件型面硬度和粗糙度的措施，对抑制开裂有明显的作用。
根据生产验证，通过模具维修和保养，调整激光拼焊板料的材料拉深阻力，可以有效控制激光拼焊缝拉深开裂的问题。同时，由于板料性能存在一定的波动，模具调整应满足板料性能波动区间的生产要求。模具钳工的维修和保养方法会直接影响修模效果，提高模具钳工维修和保养水平，做好每一次的维修记录并进行总结提升，对于问题解决和经验积累会有良好的贡献。
▍原文作者：蒙世瑛
▍作者单位：上汽通用五菱汽车股份有限公司