Осем процеса на лазерно заваряване в автомобилното производство

Въведение

Тъй като каросерията на превозното средство е носител на други части на превозното средство, технологията на нейното производство пряко определя цялостното качество на изработката на превозното средство.Заваряването е важен производствен процес в процеса на производство на автомобилни каросерии.Понастоящем заваръчните технологии, използвани за заваряване на каросерии на автомобили, включват основно съпротивително точково заваряване, MIG заваряване, MAG заваряване и лазерно заваряване.

Технологията за лазерно заваряване като усъвършенствана оптико-електромеханична интегрирана заваръчна технология, в сравнение с традиционната технология за заваряване на каросерии на автомобили, има предимствата на висока енергийна плътност, бърза скорост на заваряване, малък стрес и деформация при заваряване и добра гъвкавост.

Структурата на каросерията на автомобила е сложна и нейните компоненти са предимно тънкостенни и извити.Заваряването на каросерията на автомобила е изправено пред някои трудности, като промени в материала на каросерията, различни дебелини на частите на каросерията, разнообразна траектория на заваряване и форми на съединения.В допълнение, заваряването на каросерии на автомобили има високи изисквания към качеството на заваряване и ефективността на заваряване.

Въз основа на подходящите параметри на процеса на заваряване лазерното заваряване може да осигури висока якост на умора и ударна якост на ключовите компоненти на каросерията на автомобила, така че да гарантира качеството на заваряване и експлоатационния живот на каросерията на автомобила.Технологията за лазерно заваряване може да се адаптира към различни форми на фуги, различни дебелини и различни типове материали за заваряване на части на автомобилни каросерии, за да отговори на гъвкавите нужди на производството на автомобилни каросерии.Следователно технологията за лазерно заваряване е важно техническо средство за постигане на висококачествено развитие на автомобилната индустрия.

Технология на лазерно заваряване на каросерии

Лазерна технология за дълбоко проникване на каросерия на автомобил

Принципът на процеса на лазерно заваряване с дълбоко проникване (Фигура 1) е следният: когато плътността на лазерната мощност достигне определено ниво, повърхността на материала се изпарява, образувайки ключалка.Когато налягането на металните пари в отвора достигне динамичен баланс със статичното налягане и повърхностното напрежение на заобикалящата течност, лазерът може да бъде облъчен до дъното на отвора през ключалката и с движението на лазерния лъч, непрекъснато образува се заварка.По време на процеса на лазерно заваряване с дълбоко проникване няма нужда от добавяне на спомагателен флюс или пълнител и собствените материали на детайла могат да бъдат заварени заедно.

              Фиг.1 Схематична диаграма на процеса на лазерно заваряване с дълбоко проникване

Заваръчният шев, получен чрез лазерно заваряване с дълбоко проникване, обикновено е гладък и прав, а деформацията е малка, което е благоприятно за подобряване на точността на производство на каросерията на автомобила.Високата якост на опън на заваръчния шев осигурява качеството на заваряване на каросерията на автомобила.Скоростта на заваряване е бърза, което е благоприятно за подобряване на ефективността на заваръчното производство.

В процеса на заваряване на автомобилни каросерии, използването на процес на лазерно заваряване с дълбоко проникване може значително да намали броя на частите, формите и заваръчните инструменти, като по този начин намали телесното тегло и производствените разходи.Процесът на заваряване с лазерно дълбоко проникване обаче има лош толеранс за монтажната междина на заварените части и монтажната междина трябва да се контролира между 0,05 и 2 mm.Ако монтажната междина е твърде голяма, ще се появят дефекти при заваряване като пори.

Настоящите изследвания показват, че заваръчният шев с добро повърхностно формоване, по-малко вътрешни дефекти и отлични механични свойства може да се получи чрез оптимизиране на параметрите на процеса на лазерно заваряване с дълбоко проникване при заваряване на същия материал на каросерията на автомобила.Отличните механични свойства на заваръчния шев могат да отговорят на нуждите на заваръчните компоненти на каросерията на автомобила.Въпреки това, при заваряването на каросерии на автомобили, технологията за заваряване с лазерно дълбоко проникване на различни метали, представена от алуминиева сплав и стомана, не е зряла.Въпреки че заваръчни шевове с отлична производителност могат да бъдат получени чрез добавяне на преходни слоеве, механизмът на влияние на различните материали на преходния слой върху IMC слоя и техният механизъм на действие върху микроструктурата на заваръчния шев не са ясни и са необходими допълнителни изследвания.

Процес на заваряване с лазерно пълнене на каросерията на автомобила

Принципът на процеса на заваряване с лазерна тел за заваряване е следният: заваръчната връзка се формира чрез предварително запълване на специфична заваръчна тел в заваръчния шев или подаване на заваръчната тел едновременно по време на процеса на лазерно заваряване.Това е еквивалентно на въвеждане на приблизително хомогенен материал за заваръчна тел в заваръчната вана по време на лазерно заваряване с дълбоко проникване.Схематичната диаграма на процеса на заваряване на лазерна тел за пълнене е показана на фигура 2.

Фиг.2 Схематична диаграма на процеса на заваряване с лазерно запълване на тел

В сравнение с лазерното заваряване с дълбоко проникване, лазерното заваряване с пълнеж на тел има две предимства при заваряването на каросерии на автомобили: първо, може значително да подобри толеранса на монтажната междина между частите на каросерията на автомобила, които трябва да бъдат заварени, и да реши проблема, че лазерното заваряване с дълбоко проникване изисква твърде много хлабина на канала;Второ, разпределението на тъканите в зоната на заваръчния шев може да се подобри чрез използване на заваръчни телове с различно съдържание на състав и след това ефективността на заваръчния шев може да се регулира.

В процеса на производство на каросерии на автомобили, процесът на заваряване с лазерно пълнене на тел се използва главно за заваряване на алуминиева сплав и стоманени части на каросерията.Особено в процеса на заваряване на части от алуминиева сплав на каросерията на автомобила, повърхностното напрежение на разтопения басейн е малко, което е лесно да доведе до срутване на разтопения басейн, а процесът на заваряване на пълнене с лазерна тел може по-добре да реши проблема с разтопения басейн чрез разтопяване на заваръчната тел.

Технология за лазерно запояване на каросерии на автомобили

Принципът на процеса на лазерно спояване е следният: лазерът се използва като източник на топлина, лазерният лъч се осветява към повърхността на заваръчната тел след фокусиране, заваръчната тел се разтопява, разтопената тел пада и се запълва между части, които трябва да бъдат заварени, и възникват металургични ефекти като топене и дифузия между добавъчния метал и детайла, така че детайлът е свързан.За разлика от процеса на заваряване с лазерно пълнене на тел, процесът на лазерно запояване само разтопява телта и не разтопява детайла, който ще бъде заварен.Лазерното спояване има добра стабилност при заваряване, но якостта на опън на заваръчния шев е ниска.Фиг.3 показва приложението на процеса на лазерно спояване при заваряване на капака на багажника на автомобила.

Фиг.3 Приложение на лазерното спояване в автомобила: (а) лазерно заваряване на задния капак;(b) Схематична диаграма на лазерно спояване

В процеса на заваряване на автомобилни каросерии процесът на лазерно запояване е главно заваряване на частите на каросерията с ниски изисквания за якост на съединението, като заваряване между горния капак и страничната стена на каросерията, заваряване между горната и долната част на багажника капак и т.н., Volkswagen, Audi и други модели от висок клас на горния капак използват процес на лазерно запояване.

Основните дефекти в заваръчния шев с лазерно запояване на каросерията на автомобила включват захапване на ръба, порьозност, деформация на заваръчния шев и т.н. Дефектите могат да бъдат потиснати очевидно чрез регулиране на параметрите на процеса и използване на многофокусен процес на лазерно запояване.

Технология за лазерно дъгово композитно заваряване на автомобилни каросерии

Принципът на процеса на лазерно-дъгово композитно заваряване е следният: като се използват два източника на топлина от лазер и дъга, които действат едновременно върху повърхността на детайла, който трябва да бъде заварен, детайлът се разтопява и втвърдява, за да образува заваръчен шев.Фигура 4 показва схематична диаграма на процеса на лазерно-дъгово композитно заваряване.

Фиг.4 Схематична диаграма на процеса на лазерно-дъгово композитно заваряване

Лазерно-дъгово композитно заваряване има предимствата както на лазерното заваряване, така и на дъговото заваряване: първо, под действието на двойни източници на топлина, скоростта на заваряване се подобрява, входящата топлина е малка, деформацията на заваръчния шев е малка и характеристиките на лазерното заваряване се поддържат;Второ, той има по-добра способност за свързване и по-голяма толерантност към празнината на монтажа;Трето, скоростта на втвърдяване на разтопената вана е бавна, което е благоприятно за елиминиране на заваръчни дефекти като пори и пукнатини и подобряване на структурата и производителността на засегнатата от топлината зона.Четвърто, поради ефекта на дъгата, той може да заварява материали с висока отразяваща способност и висока топлопроводимост, а обхватът на материалите за приложение е по-широк.

В процеса на производство на автомобилни каросерии процесът на лазерно-дъгово композитно заваряване е главно за заваряване на компоненти от алуминиева сплав на каросерията и различни метали от алуминий-стомана и заваряването се извършва за части с големи монтажни празнини, като заваряването на части от вратата на колата, тъй като монтажната празнина е благоприятна за играта на моста при лазерно-дъгово композитно заваряване.Освен това технологията за композитно заваряване с лазерна MIG дъга също се прилага към горната странична позиция на гредата на купето на Audi.

В процеса на заваряване на каросерията на автомобила лазерно-дъговото композитно заваряване има предимството на по-голяма толерантност на междините в сравнение с единичното лазерно заваряване, но относителната позиция на лазера и дъгата, параметрите на лазерно заваряване, параметрите на дъгата и други фактори трябва да се разглеждат изчерпателно.Поведението на пренос на топлина и маса при лазерно-дъгово заваряване е сложно, особено механизмът на регулиране на енергията и регулиране на дебелината и структурата на IMC при заваряване на различни материали все още е неясен и са необходими допълнителни изследвания.

Други процеси за лазерно заваряване на каросерии на автомобили

Лазерното заваряване с дълбоко проникване, лазерното заваряване с пълнеж на тел, лазерното спояване и лазерно-дъговото композитно заваряване и други процеси на заваряване са по-зряла теория и обширни практически приложения.С подобряването на изискванията на автомобилната индустрия за ефективност на заваряването на каросерията и увеличаването на търсенето на заваряване на различни материали в производството на леки автомобили, се обръща внимание на лазерното точково заваряване, лазерното люлеещо се заваряване, заваряването с много лазерни лъчи и лазерното летящо заваряване да се.

Процес на лазерно точково заваряване 

Лазерното точково заваряване е усъвършенствана технология за лазерно заваряване, която има предимствата на бърза скорост на заваряване и висока прецизност на заваряване.Основният принцип на лазерното точково заваряване е да се фокусира лазерният лъч към определена точка върху детайла, който ще бъде заварен, така че металът в точката да се разтопи незабавно, чрез регулиране на плътността на лазера, за да се постигне заваряване с топлинна проводимост или ефект на заваряване с дълбоко топене , когато лазерният лъч спре да действа, течният метал се претопява, втвърдява се, за да образува съединение.

Има две основни форми на лазерно точково заваряване: импулсно лазерно точково заваряване и непрекъснато лазерно точково заваряване.Пиковата енергия на лазерния лъч на импулсно лазерно точково заваряване е висока, но времето за действие е кратко, обикновено се използва за заваряване на магнезиева сплав, алуминиева сплав и други леки метали.Средната мощност на лазерния лъч при непрекъснато лазерно точково заваряване е висока, времето за действие на лазера е дълго и се използва широко при заваряване на стомана.

По отношение на заваряването на каросерията на автомобила, в сравнение със съпротивителното точково заваряване, лазерното точково заваряване има предимствата на безконтактно, траекторията на точково заваряване може да бъде проектирана независимо и т.н., което може да отговори на изискванията за висококачествено заваряване при различни междини на обиколката на материали за автомобилни каросерии.

Процес на лазерно люлеещо се заваряване

Лазерното люлеещо се заваряване е нова технология за лазерно заваряване, предложена през последните години, която е широко загрижена.Принципът на тази технология е: чрез интегриране на галванометърна група в лазерната заваръчна глава, лазерният лъч е бърз, подреден и в малък диапазон, така че да се постигне ефектът на лазерния лъч, който се движи напред, докато се разбърква.

Основните траектории на люлеене в процеса на заваряване с лазерно люлеене включват напречно люлеене, надлъжно люлеене, кръгово люлеене и безкрайно люлеене.Процесът на лазерно люлеещо се заваряване има значителни предимства при заваряването на автомобилни каросерии.Под действието на люлеенето на лазерния лъч състоянието на потока на разтопения басейн се променя значително.Следователно, процесът може не само да елиминира неслепения дефект, да постигне рафиниране на зърното и да потисне порьозността при заваряването на същия материал на каросерията на автомобила.В допълнение, той може също така да подобри проблемите като недостатъчно смесване на различни материали и лоши механични свойства на заваръчните шевове при заваряване на хетерогенни материали на каросерията на автомобила.

 Процес на многолазерно заваряване

Понастоящем лазерът с оптични влакна може да бъде разделен на множество лазерни лъчи чрез разделителен модул, инсталиран в заваръчната глава.Заваряването с множество лазерни лъчи е еквивалентно на прилагане на множество източници на топлина в процеса на заваряване, чрез регулиране на разпределението на енергията на лъча, различните лъчи могат да постигнат различни функции, като например: лъчът с по-висока енергийна плътност е основният лъч, отговорен за дълбоко пробивно заваряване;По-ниската енергийна плътност на лъча може да почисти и загрее предварително повърхността на материала и да увеличи абсорбцията на енергията на лазерния лъч от материала.

Галванизираният стоманен материал с висока якост се използва широко в каросерията на автомобила.Технологията за заваряване с множество лазерни лъчи може да подобри поведението на изпарение на цинковите пари и динамичното поведение на разтопената вана в процеса на заваряване на поцинкована стоманена плоча, да подобри проблема с разпръскването и да подобри якостта на опън на заваръчния шев.

 Процес на лазерно заваряване

Технологията за лазерно заваряване е нова технология за лазерно заваряване, която има висока ефективност на заваряване и може да бъде проектирана самостоятелно.Основният принцип на лазерното летящо заваряване е, че когато лазерният лъч пада върху X и Y огледалата на сканиращото огледало, ъгълът на огледалото се контролира чрез независимо програмиране, за да се постигне отклонение на лазерния лъч под всеки ъгъл.

Традиционното лазерно заваряване на каросерията на автомобила разчита главно на синхронното движение на лазерната заваръчна глава, задвижвана от заваръчен робот, за да се постигне ефект на заваряване.Въпреки това, ефективността на заваряване на каросерията на автомобила е силно ограничена от повтарящото се възвратно-постъпателно движение на заваръчния робот поради големия брой заварки и дългата дължина на заварките.За разлика от това, лазерното летящо заваряване трябва само да регулира ъгъла на огледалото, за да постигне заваряване в определен диапазон.Следователно технологията за лазерно заваряване може значително да подобри ефективността на заваряване и има широки перспективи за приложение.

Обобщение и перспектива

С развитието на автомобилната индустрия бъдещата технология за заваряване на каросерии ще продължи да се развива в два аспекта: процес на заваряване и интелигентна технология.

Автомобилната каросерия, особено каросерията на нови енергийни превозни средства, се развива в посока на олекотяване.Леките сплави, композитните материали и различни материали ще бъдат по-широко използвани в каросерията на автомобила, конвенционалния процес на лазерно заваряване е трудно да отговори на изискванията за заваряване, така че висококачественият и ефективен процес на заваряване ще се превърне в бъдеща тенденция за развитие.

През последните години нововъзникващите процеси на лазерно заваряване, като лазерно люлеещо се заваряване, заваряване с множество лазерни лъчи, лазерно летящо заваряване и т.н., са предварителни теоретични изследвания и изследване на процеса по отношение на качеството на заваряване и ефективността на заваряване.В бъдеще е необходимо тясно да се комбинира нововъзникващият процес на лазерно заваряване с леки материали и сцени за заваряване на различни материали на каросерията на автомобила, да се проведат задълбочени изследвания върху дизайна на траекторията на люлеене на лазерния лъч, механизма на действие на енергията на многолазерния лъч и подобряването на ефективността на заваряване по време на полет и да изследват зрял процес на заваряване на каросерии на леки автомобили.

Технологията за лазерно заваряване на каросерията на автомобила е дълбоко интегрирана с интелигентна технология.Възприемането в реално време на състоянието на лазерно заваряване на каросерията на автомобила и контролът на обратната връзка на параметрите на процеса играят решаваща роля за качеството на заваряване.Настоящата технология за интелигентно лазерно заваряване се използва най-вече за планиране и проследяване на траекторията преди заваряване и проверка на качеството след заваряване.У дома и в чужбина изследванията за откриване на дефекти при заваряване и адаптивен контрол на параметрите все още са в начален етап, а технологията за адаптивен контрол на параметрите на процеса на лазерно заваряване не е приложена в производството на автомобилни каросерии.

Следователно, с оглед на характеристиките на приложението на технологията за лазерно заваряване в процеса на заваряване на каросерии на автомобили, трябва да се създаде интелигентна сензорна система за лазерно заваряване с усъвършенствани мултисензори като ядро ​​и система за управление на високоскоростен и високопрецизен заваръчен робот разработени в бъдеще, за да осигурят реално време и точност на всички аспекти на интелигентната технология за лазерно заваряване.Отворете връзката на „планиране на траекторията преди заваряване – адаптивен контрол на параметрите на онлайн откриване на качеството на заваряване след заваряване“, за да осигурите висококачествена и ефективна обработка.