вступ
Оскільки кузов автомобіля є носієм інших частин автомобіля, технологія його виготовлення безпосередньо визначає загальну якість виготовлення автомобіля.Зварювання є важливим виробничим процесом у процесі виготовлення кузовів автомобіля.В даний час технології зварювання, які використовуються для зварювання кузовів автомобілів, в основному включають контактне точкове зварювання, зварювання MIG, зварювання MAG і лазерне зварювання.
Технологія лазерного зварювання як вдосконалена оптико-електромеханічна інтегрована технологія зварювання порівняно з традиційною технологією зварювання кузова автомобіля має такі переваги, як висока щільність енергії, висока швидкість зварювання, невелике зварювальне напруження та деформація, а також хороша гнучкість.
Конструкція кузова автомобіля складна, а його компоненти в основному тонкостінні та вигнуті.Зварювання кузова автомобіля стикається з деякими труднощами, такими як зміна матеріалу кузова, різна товщина деталей кузова, різноманітна траєкторія зварювання та форми з’єднань.Крім того, зварювання кузовів автомобілів пред'являє високі вимоги до якості зварювання та ефективності зварювання.
На основі відповідних параметрів процесу зварювання лазерне зварювання може забезпечити високу втомну міцність і ударну в’язкість ключових компонентів кузова автомобіля, щоб забезпечити якість зварювання та термін служби кузова автомобіля.Технологія лазерного зварювання може адаптуватися до різних форм з’єднань, різної товщини та різних типів матеріалів для зварювання деталей кузова автомобіля, щоб задовольнити гнучкі потреби виробництва автомобілів.Тому технологія лазерного зварювання є важливим технічним засобом досягнення якісного розвитку автомобільної промисловості.
Технологія лазерного зварювання кузова автомобіля
Технологія лазерного глибокого проплавлення кузова автомобіля
Принцип процесу лазерного зварювання глибоким проплавленням (рис. 1) полягає в наступному: коли щільність потужності лазера досягає певного рівня, поверхня матеріалу випаровується, утворюючи замкову щілину.Коли тиск пари металу в отворі досягає динамічної рівноваги зі статичним тиском і поверхневим натягом навколишньої рідини, лазер може випромінюватися на дно отвору через замкову щілину, і з рухом лазерного променя безперервно утворюється зварний шов.У процесі лазерного зварювання глибоким проплавленням немає необхідності додавати допоміжний флюс або наповнювач, і власні матеріали заготовки можна зварювати разом.
ФІГ.1 Принципова схема процесу лазерного зварювання глибоким проплавленням
Зварний шов, отриманий лазерним зварюванням глибокого провару, як правило, гладкий і прямий, а деформація невелика, що сприяє підвищенню точності виготовлення кузова автомобіля.Висока міцність зварного шва забезпечує якість зварювання кузова автомобіля.Швидкість зварювання висока, що сприяє підвищенню ефективності зварювального виробництва.
У процесі зварювання кузова автомобіля використання процесу лазерного зварювання глибоким проплавленням може значно зменшити кількість деталей, форм і зварювальних інструментів, тим самим зменшуючи вагу кузова та витрати на виробництво.Однак процес лазерного зварювання глибоким проплавленням має низький допуск для монтажного зазору зварюваних деталей, і монтажний зазор потрібно контролювати в межах від 0,05 до 2 мм.Якщо монтажний зазор занадто великий, виникнуть дефекти зварювання, наприклад пори.
Сучасні дослідження показують, що зварний шов із хорошим формуванням поверхні, меншою кількістю внутрішніх дефектів і чудовими механічними властивостями можна отримати шляхом оптимізації параметрів процесу лазерного зварювання глибоким проплавленням при зварюванні того самого матеріалу кузова автомобіля.Відмінні механічні властивості зварного шва можуть задовольнити потреби зварювальних компонентів кузова автомобіля.Однак у зварюванні кузовів автомобілів технологія лазерного зварювання глибоким проплавленням різнорідних металів, представлена алюмінієвим сплавом і сталлю, не є зрілою.Хоча зварювальні шви з чудовими характеристиками можна отримати шляхом додавання перехідних шарів, механізм впливу різних матеріалів перехідного шару на шар IMC та механізм їх дії на мікроструктуру зварного шва не зрозумілі, і необхідні подальші дослідження.
Процес лазерного зварювання кузова автомобіля
Принцип процесу лазерного зварювання присадним дротом полягає в наступному: зварне з'єднання утворюється шляхом попереднього заправлення певного зварювального дроту в зварний шов або одночасної подачі зварювального дроту в процесі лазерного зварювання.Це еквівалентно введенню приблизно однорідного матеріалу зварювального дроту в зварювальну ванну під час лазерного зварювання глибоким проплавленням.Принципова схема процесу лазерного зварювання присадним дротом показана на малюнку 2.
ФІГ.2 Принципова схема процесу зварювання заливкою лазерного дроту
Порівняно з лазерним зварюванням глибоким проплавленням лазерне зварювання дротом має дві переваги при зварюванні кузова автомобіля: по-перше, воно може значно покращити допуск монтажного зазору між зварюваними частинами кузова автомобіля та вирішити проблему лазерного зварювання глибоким проваром. вимагає занадто великого зазору пазів;По-друге, розподіл тканини в зоні зварювання можна покращити за допомогою зварювального дроту з різним вмістом складу, а потім можна регулювати продуктивність зварювання.
У процесі виробництва автомобільних кузовів процес зварювання лазерним дротом в основному використовується для зварювання деталей кузова з алюмінієвого сплаву та сталі.Особливо в процесі зварювання деталей кузова автомобіля з алюмінієвого сплаву поверхневий натяг розплавленої ванни невеликий, що легко призведе до колапсу розплавленої ванни, а процес зварювання, що наповнюється лазерним дротом, може краще вирішити проблему колапсу розплавленої ванни. шляхом розплавлення зварювального дроту.
Технологія лазерної пайки кузова автомобіля
Принцип процесу лазерної пайки полягає в наступному: лазер використовується як джерело тепла, лазерний промінь освітлюється на поверхню зварювального дроту після фокусування, зварювальний дріт розплавляється, розплавлений дріт падає і заповнюється між частини, що підлягають зварюванню, і між присадковим металом і заготовкою виникають такі металургійні ефекти, як плавлення та дифузія, завдяки чому заготовка з’єднується.На відміну від процесу лазерного зварювання з заповненням дроту, процес лазерного паяння лише розплавляє дріт, а не розплавляє заготовку, що зварюється.Лазерна пайка має добру зварювальну стабільність, але міцність зварного шва на розрив низька.ФІГ.3 показано застосування процесу лазерної пайки при зварюванні кришки багажника автомобіля.
ФІГ.3 Застосування лазерної пайки в автомобілях: (а) лазерне зварювання заднього капота;(b) Принципова схема лазерної пайки
У процесі зварювання кузова автомобіля процес лазерного паяння в основному полягає в зварюванні частин кузова з низькими вимогами до міцності з’єднання, таких як зварювання між верхньою кришкою та боковою стінкою кузова, зварювання між верхньою та нижньою частинами багажника. кришка тощо, Volkswagen, Audi та інші високоякісні моделі верхньої кришки використовують процес лазерної пайки.
Основні дефекти зварювального шва кузова автомобіля лазерним пайкою включають прикус кромки, пористість, деформацію зварного шва тощо. Дефекти можна придушити, очевидно, регулюючи параметри процесу та використовуючи процес багатофокусного лазерного паяння.
Технологія лазерно-дугового композитного зварювання кузова автомобіля
Принцип процесу лазерно-дугового композитного зварювання полягає в наступному: за допомогою двох джерел тепла лазера та дуги, які діють на поверхню зварюваної деталі одночасно, деталь розплавляється та твердне, утворюючи зварний шов.На рис. 4 показана принципова схема процесу лазерно-дугового зварювання композиту.
ФІГ.4 Принципова схема процесу лазерно-дугового зварювання композиту
Лазерно-дугове композитне зварювання має переваги як лазерного зварювання, так і дугового зварювання: по-перше, під дією подвійних джерел тепла покращується швидкість зварювання, невелике підведення тепла, мала деформація зварного шва, а також характеристики лазерного зварювання. підтримуються;По-друге, він має кращу здатність до перекриття та більшу толерантність до монтажного зазору;По-третє, швидкість затвердіння розплавленої ванни є повільною, що сприяє усуненню дефектів зварювання, таких як пори та тріщини, і покращенню структури та продуктивності зони термічного впливу.По-четверте, завдяки дії дуги він може зварювати матеріали з високою відбивною здатністю та високою теплопровідністю, а спектр застосування матеріалів ширший.
У процесі виробництва автомобільних кузовів процес лазерно-дугового композитного зварювання в основному призначений для зварювання деталей кузова з алюмінієвих сплавів і різнорідних металів із алюмінію та сталі, а також зварювання деталей із великими монтажними зазорами, наприклад зварювання деталей двері автомобіля, тому що монтажний зазор сприяє відтворенню мосту при лазерно-дуговому композитному зварюванні.Крім того, технологія дугового композитного зварювання лазером MIG також застосована до бокової верхньої позиції балки кузова Audi.
У процесі зварювання кузова автомобіля лазерно-дугове композитне зварювання має перевагу більшої стійкості до зазору, ніж однолазерне зварювання, але взаємне розташування лазера та дуги, параметри лазерного зварювання, параметри дуги та інші фактори повинні розглядатися комплексно.Поведінка тепло- та масообміну при лазерно-дуговому зварюванні є складною, особливо механізм регулювання енергії та регулювання товщини IMC та структури при зварюванні різнорідних матеріалів досі неясний, і необхідні подальші дослідження.
Інші процеси лазерного зварювання кузовів автомобілів
Лазерне зварювання глибоким проплавленням, лазерне зварювання дротом, лазерне паяння та лазерно-дугове композитне зварювання та інші процеси зварювання були більш зрілою теорією та широкими практичними застосуваннями.З підвищенням вимог автомобільної промисловості до ефективності зварювання кузовів і збільшенням попиту на зварювання різнорідних матеріалів у легкому автомобільному виробництві приділялася увага лазерному точковому зварюванню, лазерному поворотному зварюванню, багатолазерному променевому зварюванню та лазерному польотному зварюванню. до.
Процес точкового лазерного зварювання
Лазерне точкове зварювання — це передова технологія лазерного зварювання, яка має такі переваги, як висока швидкість зварювання та висока точність зварювання.Основним принципом лазерного точкового зварювання є фокусування лазерного променя в певній точці зварюваної деталі, щоб метал у точці миттєво розплавився, регулюючи щільність лазера для досягнення ефекту теплопровідності або ефекту зварювання глибоким плавленням. , коли лазерний промінь припиняє дію, рідкий метал переплавляється, твердіючи, утворюючи з’єднання.
Існує дві основні форми лазерного точкового зварювання: імпульсне лазерне точкове зварювання та безперервне лазерне точкове зварювання.Пікова енергія лазерного променя імпульсного лазерного точкового зварювання висока, але час дії короткий, зазвичай використовується для зварювання магнієвих сплавів, алюмінієвих сплавів та інших легких металів.Середня потужність лазерного променя при безперервному точковому лазерному зварюванні висока, час дії лазера тривалий, і він широко використовується при зварюванні сталі.
З точки зору зварювання кузова автомобіля, у порівнянні з контактним точковим зварюванням, лазерне точкове зварювання має переваги безконтактності, траєкторію точкового зварювання можна розробити незалежно тощо, що може відповідати вимогам високоякісного зварювання під різними зазорами внахлест. матеріали кузова автомобіля.
Процес лазерного поворотного зварювання
Лазерне поворотне зварювання - це нова технологія лазерного зварювання, запропонована в останні роки, яка викликала широке занепокоєння.Принцип цієї технології такий: завдяки інтеграції групи гальванометрів на лазерну зварювальну головку лазерний промінь швидко, упорядковано та в невеликому діапазоні, щоб досягти ефекту лазерного променя, який рухається вперед під час перемішування.
Основні траєкторії коливання в процесі лазерного поворотного зварювання включають поперечне коливання, поздовжнє коливання, кругове коливання та нескінченне коливання.Процес лазерного поворотного зварювання має значні переваги при зварюванні кузова автомобіля.Під дією коливання лазерного променя стан потоку розплавленої ванни істотно змінюється.Таким чином, цей процес може не тільки усунути нерозплавлений дефект, досягти подрібнення зерна та придушити пористість у зварюванні того самого матеріалу кузова автомобіля.Крім того, це також може вирішити такі проблеми, як недостатнє змішування різних матеріалів і погані механічні властивості зварних швів під час зварювання різнорідних матеріалів кузова автомобіля.
Процес багатолазерного зварювання
В даний час волоконно-оптичний лазер можна розділити на кілька лазерних променів за допомогою розділювального модуля, встановленого в зварювальній головці.Багатолазерне променеве зварювання еквівалентно застосуванню кількох джерел тепла в процесі зварювання. Регулюючи розподіл енергії променя, різні промені можуть виконувати різні функції, наприклад: промінь з більшою щільністю енергії є основним променем, відповідальним за глибоке зварювання. зварювання проплавленням;Менша щільність енергії променя може очистити та попередньо нагріти поверхню матеріалу, а також збільшити поглинання енергії лазерного променя матеріалом.
Оцинкований високоміцний сталевий матеріал широко використовується в кузовах автомобілів.Технологія багатолазерного променевого зварювання може покращити поведінку випаровування парів цинку та динамічну поведінку розплавленої ванни в процесі зварювання оцинкованої сталевої пластини, вирішити проблему розпилення та підвищити міцність на розрив зварного шва.
Процес лазерного літального зварювання
Технологія лазерного польотного зварювання - це нова технологія лазерного зварювання, яка має високу ефективність зварювання та може бути розроблена самостійно.Основний принцип лазерного літального зварювання полягає в тому, що коли лазерний промінь падає на дзеркала X і Y скануючого дзеркала, кут дзеркала контролюється незалежним програмуванням для досягнення відхилення лазерного променя під будь-яким кутом.
Традиційне лазерне зварювання кузова автомобіля в основному покладається на синхронний рух лазерної зварювальної головки, керованої зварювальним роботом, для досягнення ефекту зварювання.Однак ефективність зварювання кузова автомобіля сильно обмежена повторюваними зворотно-поступальними рухами зварювального робота через велику кількість зварних швів і велику довжину зварних швів.На відміну від цього, для лазерного зварювання польотом потрібно лише регулювати кут нахилу дзеркала, щоб досягти зварювання в певному діапазоні.Таким чином, технологія лазерного літального зварювання може значно підвищити ефективність зварювання та має широкі перспективи застосування.
Підсумок і перспектива
З розвитком автомобільної промисловості майбутня технологія зварювання кузовів продовжуватиме розвиватися у двох аспектах: процес зварювання та інтелектуальна технологія.
Автомобільний кузов, особливо новий енергетичний кузов, розвивається в напрямку полегшення.Легкі сплави, композитні матеріали та різнорідні матеріали будуть більш широко використовуватися в кузові автомобіля, звичайний процес лазерного зварювання важко задовольнити його вимоги до зварювання, тому високоякісний та ефективний процес зварювання стане майбутнім трендом розвитку.
В останні роки нові процеси лазерного зварювання, такі як лазерне поворотне зварювання, багатолазерне променеве зварювання, лазерне зварювання тощо, були попередніми теоретичними дослідженнями та дослідженням процесу з точки зору якості зварювання та ефективності зварювання.У майбутньому необхідно тісно поєднувати новий процес лазерного зварювання з легкими матеріалами та різнорідними матеріалами зварювання кузова автомобіля, проводити поглиблені дослідження щодо розробки траєкторії коливання лазерного променя, механізму дії багатолазерної енергії променя. і підвищення ефективності зварювання в польоті, а також вивчити зрілий процес зварювання легких автомобільних кузовів.
Технологія лазерного зварювання кузова автомобіля глибоко інтегрована з інтелектуальною технологією.Сприйняття стану лазерного зварювання кузова автомобіля в режимі реального часу та контроль параметрів процесу зі зворотним зв'язком відіграють вирішальну роль у якості зварювання.Сучасна інтелектуальна технологія лазерного зварювання здебільшого використовується для планування та відстеження траєкторії перед зварюванням, а також для контролю якості після зварювання.У країні та за кордоном дослідження щодо виявлення дефектів зварювання та адаптивного контролю параметрів все ще знаходяться на початковій стадії, а технологія адаптивного контролю параметрів процесу лазерного зварювання не застосовувалася у виробництві кузовів автомобілів.
Таким чином, з огляду на особливості застосування технології лазерного зварювання в процесі зварювання кузовів автомобілів, інтелектуальна сенсорна система для лазерного зварювання з вдосконаленими мультисенсорами в якості ядра та високошвидкісною та високоточною системою керування зварювальним роботом повинна бути розроблено в майбутньому для забезпечення точності та роботи в режимі реального часу всіх аспектів інтелектуальної технології лазерного зварювання.Щоб забезпечити якісну та ефективну обробку, перейдіть за посиланням «Планування траєкторії перед зварюванням – адаптивний контроль параметрів якості зварювання в режимі онлайн після зварювання».
Час публікації: 16 жовтня 2023 р