Wstęp
Ponieważ nadwozie pojazdu jest nośnikiem innych części pojazdu, technologia jego wykonania bezpośrednio determinuje ogólną jakość wykonania pojazdu.Spawanie jest ważnym procesem produkcyjnym w procesie produkcji nadwozi samochodowych.Obecnie technologie spawania stosowane przy zgrzewaniu karoserii pojazdów obejmują głównie zgrzewanie punktowe oporowe, spawanie MIG, spawanie MAG i spawanie laserowe.
Technologia spawania laserowego jako zaawansowana technologia spawania optoelektromechanicznego, w porównaniu z tradycyjną technologią spawania karoserii samochodów, ma zalety wysokiej gęstości energii, dużej prędkości spawania, małych naprężeń i odkształceń spawalniczych oraz dobrej elastyczności.
Struktura nadwozia samochodu jest złożona, a jego elementy są głównie cienkościenne i zakrzywione.Spawanie nadwozi pojazdów samochodowych wiąże się z pewnymi trudnościami, takimi jak zmiany materiału nadwozia, różna grubość części nadwozia, zróżnicowana trajektoria spawania i formy połączeń.Ponadto spawanie nadwozi samochodowych wiąże się z wysokimi wymaganiami dotyczącymi jakości spawania i wydajności spawania.
W oparciu o odpowiednie parametry procesu spawania, spawanie laserowe może zapewnić wysoką wytrzymałość zmęczeniową i udarność kluczowych elementów karoserii, aby zapewnić jakość spawania i żywotność karoserii.Technologia spawania laserowego może dostosować się do różnych form połączeń, różnych grubości i różnych typów materiałów do spawania części karoserii samochodowych, aby sprostać elastycznym potrzebom produkcji nadwozi samochodowych.Dlatego technologia spawania laserowego jest ważnym środkiem technicznym umożliwiającym osiągnięcie wysokiej jakości rozwoju przemysłu motoryzacyjnego.
Technologia spawania laserowego nadwozi samochodowych
Technologia laserowego spawania głębokiego nadwozia samochodu
Zasada procesu spawania laserowego z głęboką penetracją (rys. 1) jest następująca: gdy gęstość mocy lasera osiągnie określony poziom, powierzchnia materiału odparowuje, tworząc dziurkę od klucza.Kiedy ciśnienie pary metalu w otworze osiągnie równowagę dynamiczną z ciśnieniem statycznym i napięciem powierzchniowym otaczającej cieczy, laser może zostać napromieniowany na dno otworu przez dziurkę od klucza, a wraz z ruchem wiązki lasera, ciągły powstaje spoina.Podczas procesu spawania laserowego z głęboką penetracją nie ma potrzeby dodawania pomocniczego topnika ani wypełniacza, a materiały własne przedmiotu obrabianego mogą być ze sobą zespawane.
FIGA.1 Schemat ideowy procesu spawania laserowego z głęboką penetracją
Spoina uzyskana za pomocą laserowego spawania z głęboką penetracją jest na ogół gładka i prosta, a odkształcenie jest niewielkie, co sprzyja poprawie dokładności produkcji nadwozia samochodu.Wysoka wytrzymałość spoiny na rozciąganie zapewnia jakość spawania karoserii samochodu.Prędkość spawania jest duża, co sprzyja poprawie wydajności produkcji spawalniczej.
W procesie spawania nadwozi samochodowych zastosowanie procesu spawania laserowego z głęboką penetracją może znacznie zmniejszyć liczbę części, form i narzędzi spawalniczych, zmniejszając w ten sposób masę nadwozia i koszty produkcji.Jednakże proces spawania laserowego z głęboką penetracją ma słabą tolerancję dla szczeliny montażowej spawanych części, a szczelina montażowa musi być kontrolowana w zakresie od 0,05 do 2 mm.Jeżeli szczelina montażowa będzie zbyt duża, wystąpią wady spawalnicze w postaci porów.
Z przeprowadzonych badań wynika, że poprzez optymalizację parametrów procesu laserowego spawania z głęboką penetracją przy spawaniu tego samego materiału karoserii samochodowej można uzyskać spoinę o dobrym ukształtowaniu powierzchni, mniejszej liczbie wad wewnętrznych i doskonałych właściwościach mechanicznych.Doskonałe właściwości mechaniczne spoiny mogą zaspokoić potrzeby elementów spawalniczych nadwozia samochodu.Jednakże w przypadku spawania nadwozi samochodów technologia głębokiego spawania laserowego różnych metali, reprezentowana przez stop aluminium i stal, nie jest jeszcze dojrzała.Chociaż można uzyskać doskonałe szwy spawalnicze poprzez dodanie warstw przejściowych, mechanizm wpływu różnych materiałów warstwy przejściowej na warstwę IMC i mechanizm ich działania na mikrostrukturę spoiny nie jest jasny i potrzebne są dalsze badania.
Proces spawania drutem laserowym do napełniania karoserii samochodów
Zasada działania laserowego spawania drutem dodatkowym jest następująca: złącze spawane powstaje poprzez wstępne wypełnienie spoiny określonym drutem spawalniczym lub jednoczesne podanie drutu spawalniczego podczas procesu spawania laserowego.Odpowiada to wprowadzeniu w przybliżeniu jednorodnego materiału drutu spawalniczego do jeziorka spawalniczego podczas laserowego spawania z głęboką penetracją.Schemat ideowy procesu spawania laserowego drutu dodatkowego przedstawiono na rysunku 2.
FIGA.2 Schemat ideowy procesu spawania drutem laserowym
W porównaniu ze spawaniem laserowym z głęboką penetracją, spawanie drutem laserowym ma dwie zalety w spawaniu nadwozi samochodów: po pierwsze, może znacznie poprawić tolerancję szczeliny montażowej pomiędzy spawanymi częściami nadwozia samochodu i rozwiązać problem spawania laserowego z głęboką penetracją wymaga zbyt dużego luzu w rowku;Po drugie, można poprawić rozkład tkanek w obszarze spoiny, stosując druty spawalnicze o różnym składzie, a następnie można regulować wydajność spoiny.
W procesie produkcji nadwozi samochodowych proces spawania drutem laserowym jest stosowany głównie do spawania części nadwozia ze stopów aluminium i stali.Szczególnie w procesie spawania części karoserii ze stopu aluminium napięcie powierzchniowe stopionego jeziorka jest małe, co łatwo doprowadzić do zapadnięcia się stopionego jeziorka, a proces spawania wypełniającego drutem laserowym może lepiej rozwiązać problem zapadania się stopionego jeziorka poprzez stopienie drutu spawalniczego.
Technologia lutowania laserowego karoserii samochodowych
Zasada procesu lutowania laserowego jest następująca: jako źródło ciepła wykorzystuje się laser, wiązka lasera po skupieniu naświetla powierzchnię drutu spawalniczego, drut spawalniczy topi się, roztopiony drut opada i wypełnia się pomiędzy części do spawania, a pomiędzy metalem dodatkowym a przedmiotem obrabianym zachodzą efekty metalurgiczne, takie jak topienie i dyfuzja, w wyniku czego przedmiot obrabiany jest połączony.W przeciwieństwie do procesu spawania wypełniającego drutem laserowym, proces lutowania laserowego topi jedynie drut, a nie topi element spawany.Lutowanie laserowe ma dobrą stabilność spawania, ale wytrzymałość spoiny na rozciąganie jest niska.FIGA.3 przedstawia zastosowanie procesu lutowania laserowego w spawaniu pokrywy bagażnika samochodów.
FIGA.3 Zastosowanie lutowania laserowego w samochodach: (a) spawanie laserowe tylnej maski;(b) Schemat ideowy lutowania laserowego
W procesie spawania nadwozi samochodowych proces lutowania laserowego polega głównie na spawaniu części nadwozia o niskich wymaganiach dotyczących wytrzymałości złącza, takich jak spawanie pomiędzy górną pokrywą a boczną ścianą nadwozia, spawanie pomiędzy górną i dolną częścią bagażnika pokrywa itp., Volkswagen, Audi i inne wysokiej klasy modele górnej pokrywy wykorzystują proces lutowania laserowego.
Do głównych wad spoiny karoserii samochodowej metodą lutowania laserowego należą wgryzanie się krawędzi, porowatość, odkształcenie spoiny itp. Wady można oczywiście wyeliminować dostosowując parametry procesu i stosując wieloogniskowy proces lutowania laserowego.
Technologia spawania kompozytowego łukiem laserowym karoserii samochodowych
Zasada procesu spawania kompozytowego łukiem laserowym jest następująca: przy użyciu dwóch źródeł ciepła, lasera i łuku, działających jednocześnie na powierzchnię spawanego przedmiotu, przedmiot obrabiany jest topiony i zestalany, tworząc spoinę.Rysunek 4 przedstawia schematyczny diagram procesu spawania kompozytu łukiem laserowym.
FIGA.4 Schemat ideowy procesu spawania kompozytowego łukiem laserowym
Spawanie kompozytowe łukiem laserowym ma zalety zarówno spawania laserowego, jak i spawania łukowego: po pierwsze, pod działaniem podwójnych źródeł ciepła poprawia się prędkość spawania, dopływ ciepła jest niewielki, odkształcenie spoiny jest małe, a właściwości spawania laserowego są utrzymane;Po drugie, ma lepszą zdolność mostkowania i większą tolerancję szczeliny montażowej;Po trzecie, szybkość krzepnięcia stopionego jeziorka jest powolna, co sprzyja eliminacji wad spawalniczych, takich jak pory i pęknięcia, oraz poprawie struktury i wydajności strefy wpływu ciepła.Po czwarte, dzięki działaniu łuku, może spawać materiały o wysokim współczynniku odbicia i wysokiej przewodności cieplnej, a zakres zastosowań materiałów jest szerszy.
W procesie produkcji nadwozi samochodowych proces spawania kompozytowego łukiem laserowym polega głównie na spawaniu elementów nadwozia ze stopów aluminium i różnych metali aluminiowo-stalowych, a spawanie wykonuje się w przypadku części o dużych szczelinach montażowych, takich jak spawanie części drzwi samochodu, ponieważ szczelina montażowa sprzyja odtwarzaniu mostka podczas spawania kompozytowego łukiem laserowym.Ponadto technologia spawania kompozytowego łukiem laserowym MIG jest również stosowana w bocznej górnej belce nadwozia Audi.
W procesie spawania nadwozi samochodowych spawanie kompozytowe łukiem laserowym ma tę zaletę, że ma większą tolerancję szczeliny niż pojedyncze spawanie laserowe, ale względne położenie lasera i łuku, parametry spawania laserowego, parametry łuku i inne czynniki należy rozpatrywać kompleksowo.Zachowanie przenoszenia ciepła i masy podczas spawania łukiem laserowym jest złożone, zwłaszcza mechanizm regulacji energii oraz regulacja grubości i struktury IMC w spawaniu materiałów odmiennych jest nadal niejasny i potrzebne są dalsze badania.
Inne procesy spawania laserowego karoserii samochodowych
Laserowe spawanie z głęboką penetracją, spawanie drutem laserowym, lutowanie laserowe i spawanie kompozytowe łukiem laserowym oraz inne procesy spawania to bardziej dojrzała teoria i szerokie zastosowania praktyczne.Wraz ze wzrostem wymagań przemysłu motoryzacyjnego w zakresie wydajności spawania nadwozi i wzrostem zapotrzebowania na spawanie materiałów różnoimiennych w lekkiej produkcji samochodów, zwrócono uwagę na laserowe zgrzewanie punktowe, laserowe zgrzewanie wahadłowe, spawanie wiązką wielolaserową i zgrzewanie laserowe przelotowe. Do.
Proces zgrzewania laserowego
Laserowe zgrzewanie punktowe to zaawansowana technologia spawania laserowego, która ma zalety dużej prędkości spawania i wysokiej precyzji spawania.Podstawową zasadą laserowego zgrzewania punktowego jest skupienie wiązki lasera w określonym punkcie spawanej części, tak aby metal w tym miejscu uległ natychmiastowemu stopieniu, poprzez regulację gęstości lasera w celu uzyskania efektu zgrzewania przewodzącego ciepło lub efektu głębokiego zgrzewania , gdy wiązka lasera przestaje działać, ciekły metal ponownie wypływa i zestala się, tworząc złącze.
Istnieją dwie główne formy laserowego zgrzewania punktowego: impulsowe zgrzewanie punktowe i ciągłe laserowe zgrzewanie punktowe.Pulsacyjne laserowe zgrzewanie punktowe Energia szczytowa wiązki lasera jest wysoka, ale czas działania jest krótki, zwykle stosowany do spawania stopów magnezu, stopów aluminium i innych metali lekkich.Średnia moc wiązki laserowej w ciągłym laserowym zgrzewaniu punktowym jest wysoka, czas działania lasera jest długi i jest szeroko stosowany w spawaniu stali.
Jeśli chodzi o zgrzewanie karoserii samochodów, w porównaniu z oporowym zgrzewaniem punktowym, laserowe zgrzewanie punktowe ma tę zaletę, że jest bezkontaktowe, trajektorię zgrzewania punktowego można projektować niezależnie itp., co może spełniać wymagania wysokiej jakości spawania przy różnych odstępach zakładkowych materiały na karoserie samochodowe.
Proces spawania laserowego
Spawanie laserowe to nowa technologia spawania laserowego zaproponowana w ostatnich latach, która spotkała się z szerokim zainteresowaniem.Zasada tej technologii jest następująca: poprzez zintegrowanie grupy galwanometrycznej z głowicą spawania laserowego, wiązka lasera jest szybka, uporządkowana i ma mały zasięg, tak aby uzyskać efekt przesuwania się wiązki lasera do przodu podczas mieszania.
Główne trajektorie wahań w procesie laserowego spawania wahadłowego obejmują wahania poprzeczne, wahania wzdłużne, wahania kołowe i wahania nieskończone.Proces spawania laserowego ma znaczące zalety w spawaniu nadwozi samochodowych.Pod wpływem wahania wiązki laserowej stan przepływu stopionego jeziorka ulega znacznej zmianie.Dlatego proces ten może nie tylko wyeliminować niestopioną wadę, uzyskać rozdrobnienie ziarna i zmniejszyć porowatość podczas spawania tego samego materiału nadwozia samochodu.Ponadto może również rozwiązać problemy, takie jak niedostateczne wymieszanie różnych materiałów i słabe właściwości mechaniczne spoin podczas spawania niejednorodnych materiałów karoserii samochodowej.
Proces spawania wiązką wielolaserową
Obecnie laser światłowodowy można podzielić na wiele wiązek laserowych za pomocą modułu rozdzielacza zainstalowanego w głowicy spawalniczej.Spawanie wiązką wielolaserową jest równoznaczne z zastosowaniem w procesie spawania wielu źródeł ciepła, dostosowując rozkład energii wiązki, różne wiązki mogą spełniać różne funkcje, np.: wiązka o większej gęstości energii jest wiązką główną, odpowiedzialną za głębokie zgrzewanie penetracyjne;Niższa gęstość energii wiązki może oczyścić i podgrzać powierzchnię materiału oraz zwiększyć absorpcję energii wiązki laserowej przez materiał.
Ocynkowany materiał stalowy o wysokiej wytrzymałości jest szeroko stosowany w nadwoziach samochodowych.Technologia spawania wiązką wielolaserową może poprawić parowanie par cynku i dynamiczne zachowanie stopionego jeziorka w procesie spawania ocynkowanej blachy stalowej, poprawić problem rozpylania i zwiększyć wytrzymałość spoiny na rozciąganie.
Proces spawania laserowego
Technologia spawania laserowego jest nową technologią spawania laserowego, która charakteryzuje się wysoką wydajnością spawania i może być projektowana niezależnie.Podstawowa zasada spawania laserowego polega na tym, że gdy wiązka lasera pada na zwierciadła X i Y zwierciadła skanującego, kąt zwierciadła jest kontrolowany przez niezależne programowanie w celu uzyskania odchylenia wiązki lasera pod dowolnym kątem.
Tradycyjne spawanie laserowe nadwozi samochodowych opiera się głównie na synchronicznym ruchu głowicy spawalniczej napędzanej przez robota spawalniczego w celu uzyskania efektu spawania.Jednakże wydajność spawania nadwozia samochodu jest poważnie ograniczona przez powtarzający się ruch posuwisto-zwrotny robota spawalniczego ze względu na dużą liczbę spoin i ich dużą długość.W przeciwieństwie do tego, spawanie laserowe wymaga jedynie regulacji kąta zwierciadła, aby osiągnąć spawanie w określonym zakresie.Dlatego technologia spawania laserowego może znacznie poprawić wydajność spawania i ma szerokie perspektywy zastosowania.
Podsumowanie i perspektywy
Wraz z rozwojem przemysłu samochodowego przyszła technologia spawania nadwozi będzie się nadal rozwijać w dwóch aspektach: procesie spawania i inteligentnej technologii.
Nadwozia samochodów, zwłaszcza nadwozi pojazdów nowej energii, rozwijają się w kierunku lekkości.Lekkie stopy, materiały kompozytowe i materiały różne będą szerzej stosowane w nadwoziach samochodowych, konwencjonalny proces spawania laserowego jest trudny do spełnienia wymagań spawalniczych, dlatego wysokiej jakości i wydajny proces spawania stanie się przyszłym trendem rozwojowym.
W ostatnich latach pojawiające się procesy spawania laserowego, takie jak spawanie laserowe, spawanie wiązką wielolaserową, spawanie laserowe itp., były wstępnymi badaniami teoretycznymi i eksploracją procesów pod kątem jakości spawania i wydajności spawania.W przyszłości konieczne będzie ścisłe połączenie powstającego procesu spawania laserowego z lekkimi materiałami i materiałami odmiennymi podczas spawania karoserii samochodowych, przeprowadzenie dogłębnych badań nad projektem trajektorii wahań wiązki laserowej, mechanizmem działania energii wiązki wielolaserowej oraz poprawę wydajności spawania w locie, a także zbadanie dojrzałego procesu spawania lekkich karoserii samochodów.
Technologia spawania laserowego karoserii jest głęboko zintegrowana z inteligentną technologią.Postrzeganie w czasie rzeczywistym stanu spawania laserowego karoserii samochodu oraz kontrola parametrów procesu ze sprzężeniem zwrotnym odgrywają decydującą rolę w jakości spawania.Obecna inteligentna technologia spawania laserowego jest najczęściej wykorzystywana do planowania i śledzenia trajektorii przed spawaniem oraz do kontroli jakości po spawaniu.W kraju i za granicą badania nad wykrywaniem wad spawalniczych i adaptacyjną kontrolą parametrów są wciąż w początkowej fazie, a technologia adaptacyjnej kontroli parametrów procesu spawania laserowego nie została zastosowana w produkcji nadwozi samochodowych.
Dlatego też, biorąc pod uwagę specyfikę zastosowań technologii spawania laserowego w procesie spawania karoserii samochodów, należy zastosować inteligentny system czujnikowy do spawania laserowego, którego rdzeniem będą zaawansowane multisensory oraz szybki i precyzyjny system sterowania robotem spawalniczym. opracowane w przyszłości, aby zapewnić dokładność i dokładność wszystkich aspektów inteligentnej technologii spawania laserowego w czasie rzeczywistym.Otwórz link „Planowanie trajektorii przed spawaniem – adaptacyjna kontrola parametrów wykrywania jakości spawania online po spawaniu”, aby zapewnić wysoką jakość i wydajność przetwarzania.
Czas publikacji: 16 października 2023 r