Як носій інших частин автомобіля, технологія виготовлення кузова безпосередньо визначає загальну якість виготовлення автомобіля. У процесі виробництва кузовів автомобілів зварювання є важливим виробничим процесом. Технології зварювання, що використовуються в даний час для зварювання кузовів автомобілів, включають переважно точкове контактне зварювання, зварювання розплавленим інертним газом (MIG-зварювання) та дугове зварювання розплавленим активним газом (MAG-зварювання), а також лазерне зварювання.
Як передова технологія зварювання з оптико-механічною інтеграцією, технологія лазерного зварювання має переваги високої щільності енергії, високої швидкості зварювання, низького напруження та деформації зварювання, а також хорошої гнучкості порівняно з традиційною технологією зварювання кузовів автомобілів.
Конструкція кузова автомобіля є складною, а деталі кузова переважно є тонкостінними та криволінійними компонентами. Зварювання кузова автомобілів стикається з труднощами, такими як варіації матеріалів кузова, різна товщина деталей кузова, різноманітні траєкторії зварювання та форми з'єднань. Крім того, зварювання кузова автомобілів має високі вимоги до якості та ефективності зварювання.
Завдяки відповідним параметрам процесу зварювання, лазерне зварювання може забезпечити високу втомну міцність та ударну в'язкість ключових деталей кузова автомобіля під час зварювання, тим самим гарантуючи якість та термін служби зварювання кузова. Технологія лазерного зварювання може адаптуватися до зварювання деталей кузова автомобіля з різними формами з'єднань, різною товщиною та різними типами матеріалів, задовольняючи потреби у гнучкості у виробництві кузовів автомобілів. Таким чином, технологія лазерного зварювання є важливим технічним засобом для досягнення високоякісного розвитку автомобільної промисловості.
Процес лазерного зварювання кузовів автомобілів
Принцип процесу лазерного глибокого зварювання плавленням: коли щільність потужності лазера досягає певного рівня, поверхня матеріалу випаровується, утворюючи замкову щілину. Коли тиск пари металу всередині отвору досягає динамічної рівноваги зі статичним тиском і поверхневим натягом навколишньої рідини, лазер може опромінювати через замкову щілину до дна отвору, і завдяки руху лазерного променя утворюється безперервний зварний шов. У процесі лазерного глибокого зварювання плавленням немає потреби додавати допоміжний флюс або наповнювач для зварювання власного матеріалу заготовки в єдине ціле.
Зварний шов, отриманий лазерним глибоким плавленням, зазвичай гладкий і прямий з невеликою деформацією, що сприяє підвищенню точності виготовлення кузова автомобіля. Міцність зварного шва висока, що забезпечує якість зварювання кузова автомобіля. Швидкість зварювання висока, що сприяє підвищенню ефективності зварювального виробництва.
У процесі зварювання кузовів автомобілів використання лазерного зварювання глибоким плавленням може значно зменшити кількість деталей, форм та зварювального обладнання, тим самим зменшуючи власну вагу кузова та виробничі витрати. Однак, процес лазерного зварювання глибоким плавленням менш толерантний до монтажного зазору зварюваних деталей, і його необхідно контролювати в межах від 0,05 до 2 мм. Якщо монтажний зазор занадто великий, виникнуть дефекти зварювання, такі як пористість.
Сучасні дослідження показують, що при зварюванні кузовів автомобілів з одного й того ж матеріалу, шляхом оптимізації параметрів процесу лазерного глибокого плавлення, можна отримати зварний шов з гарним формуванням поверхні, меншою кількістю внутрішніх дефектів та відмінними механічними властивостями. Відмінні механічні властивості зварного шва можуть задовольнити вимоги використання зварних компонентів кузовів автомобілів. Однак, при зварюванні кузовів автомобілів, алюмінієво-стальний сплав як представник процесу лазерного глибокого плавлення гетерогенних металів ще не є зрілим, хоча додавання перехідного шару може забезпечити відмінні характеристики зварного шва, проте механізм впливу різних матеріалів перехідного шару на шар міжметалевого зварювання (ІМС) та його вплив на мікроструктуру механізму зварювання незрозумілий, потребує подальшого поглибленого вивчення.
Процес зварювання лазерним дротом для автомобілебудування
Процес лазерного зварювання присадним дротом базується на такому принципі: зварне з'єднання утворюється шляхом попереднього заповнення шва певним дротом або шляхом одночасної подачі дроту під час процесу лазерного зварювання. Це еквівалентно подачі приблизно однорідної кількості дротяного матеріалу в зварювальну ванну під час лазерного зварювання глибоким плавленням. На діаграмі нижче показано процес лазерного зварювання присадним дротом.
Порівняно з лазерним глибоким плавленням, лазерне зварювання наповнювачем має дві переваги в зварюванні кузовів автомобілів: по-перше, воно може значно покращити допуск зазору між деталями кузова автомобіля, що зварюються, та вирішити проблему вимог до високого скошеного зазору для лазерного глибокого плавлення; по-друге, воно може покращити розподіл тканини в зоні зварювання, використовуючи дроти з різним складом, а потім регулювати продуктивність зварювання.
У процесі виробництва кузовів автомобілів лазерне зварювання присадним матеріалом в основному використовується для зварювання алюмінієвих сплавів та сталевих деталей кузова. Особливо в процесі зварювання алюмінієвих сплавів деталей кузова автомобілів поверхневий натяг розплавленої ванни невеликий, що може легко призвести до руйнування розплавленої ванни, тоді як лазерне зварювання присадним матеріалом може краще вирішити проблему руйнування розплавленої ванни через плавлення дроту в процесі лазерного зварювання.
Процес лазерної пайки кузова автомобіля
Процес лазерного паяння базується на наступному принципі: за допомогою лазера як джерела тепла лазерний промінь фокусується та випромінюється на поверхню дроту, дріт плавиться, розплавлений дріт стікає вниз та заповнює заготовку, що зварюється, і між припоєм та заготовкою відбуваються металургійні ефекти, такі як плавлення та дифузія, тим самим з'єднуючи заготовку. На відміну від процесу лазерного зварювання наповнювачем, процес лазерного паяння плавить лише дріт, а не заготовку, що зварюється. Лазерне паяння має хорошу стабільність зварювання, але міцність на розтяг отриманого зварного шва низька. На рисунку 3 показано застосування процесу лазерного паяння у зварюванні кришки багажного відділення автомобіля.
У процесі зварювання кузова автомобілів лазерна пайка в основному використовується для зварювання деталей кузова, які не потребують високої міцності з'єднання, таких як зварювання між верхньою кришкою та боковими обрамленнями, зварювання між верхньою та нижньою частинами кришки багажного відділення тощо. Верхня кришка VW, Audi та інших моделей середнього та високого класу використовується для лазерної пайки.
Основні дефекти лазерно-паяних з'єднань кузовів автомобілів включають гризіння кромок, пористість, деформацію зварного шва тощо, і ці дефекти можна значно зменшити, регулюючи параметри процесу та використовуючи багатофокусний лазерний паяльний процес.
Процес лазерно-дугового композитного зварювання кузова автомобіля
Принцип процесу лазерно-дугового зварювання композитних матеріалів полягає в наступному: два джерела тепла, лазер і дуга, одночасно впливають на поверхню зварюваної деталі, в результаті чого деталь плавиться та твердне, утворюючи зварний шов. На діаграмі нижче показано процес лазерно-дугового зварювання.
Лазерно-дугове композитне зварювання поєднує переваги лазерного та дугового зварювання: по-перше, під дією двох джерел тепла можна збільшити швидкість зварювання, зменшити підведене тепло, зменшити деформацію зварного шва, зберігаючи характеристики лазерного зварювання; по-друге, покращена здатність до перекриття, більший допуск на монтажний зазор; по-третє, швидкість затвердіння розплавленої ванни уповільнюється, що сприяє усуненню пор, тріщин та інших дефектів зварювання, покращенню організації та продуктивності зони термічного впливу. По-четверте, завдяки дузі можна зварювати матеріали з високою відбивною здатністю та високою теплопровідністю, що ширше застосовується.
У процесі виробництва кузовів автомобілів лазерно-дугове композитне зварювання в основному зварює компоненти кузова з алюмінієвих сплавів та різнорідних металів зі сплаву алюміній-сталь. Для монтажного зазору більших зварювальних деталей, таких як частина дверей автомобіля в місці зварювання, це пояснюється тим, що монтажний зазор сприяє перемиканню характеристик лазерно-дугового композитного зварювання. Крім того, технологія лазерно-MIG-дугового композитного зварювання також застосовується до бічної балки даху кузова Audi.
У процесі зварювання кузовів автомобілів лазерно-дугове композитне зварювання має перевагу великого допуску зазору порівняно з одношаровим лазерним зварюванням, проте лазерно-дугове композитне зварювання вимагає всебічного врахування відносного положення лазера та дуги, параметрів лазерного зварювання, параметрів дуги та інших факторів. Поведінка тепло- та масопередачі в процесі лазерно-дугового зварювання є складною, особливо регулювання енергії зварювання гетерогенних матеріалів, а механізм регулювання товщини міжметалевого шару та тканини досі незрозумілий і потребує подальшого посилення досліджень.
Інші процеси лазерного зварювання кузовів автомобілів
Лазерне глибоке плавлення, лазерне зварювання присадкою, лазерна пайка, лазерно-дугове композитне зварювання та інші процеси зварювання мають більш зрілу теорію та широкий спектр практичного застосування. Зі зростанням вимог автомобільної промисловості до ефективності зварювання кузовів та зростанням попиту на зварювання різнорідних матеріалів у виробництві легких конструкцій, лазерне точкове зварювання, лазерне коливальне зварювання, багатолазерне променеве зварювання та лазерне польотне зварювання привернули увагу.
Процес лазерного точкового зварювання
Лазерне точкове зварювання – це передова технологія лазерного зварювання з видатними перевагами високої швидкості зварювання та високої точності зварювання. Основний принцип лазерного точкового зварювання полягає у фокусуванні лазерного променя на точці зварюваної деталі, завдяки чому метал у цій точці миттєво плавиться, а шляхом регулювання щільності лазера для досягнення ефекту термопровідного зварювання або зварювання глибоким плавленням, коли лазерний промінь припиняє роботу, рідкий метал кипить, твердне та утворює з'єднання.
Існує два основних види лазерного точкового зварювання: імпульсне лазерне точкове зварювання та безперервне лазерне точкове зварювання. Лазерний промінь в імпульсному лазерному точковому зварюванні має високу пікову енергію, але короткий час дії, і зазвичай використовується для зварювання легких металів, таких як магнієві та алюмінієві сплави. У безперервному лазерному точковому зварюванні лазерний промінь має високу середню потужність і тривалий час дії, і здебільшого використовується для зварювання сталі.
У зварюванні кузовів автомобілів, порівняно з точковим зварюванням контактом, лазерне точкове зварювання має переваги безконтактного та самостійно розробленого траєкторії точкового зварювання, що може задовольнити потреби у високоякісному зварюванні під різними зазорами внахлест матеріалів кузова автомобілів.
Процес лазерного коливального зварювання
Лазерне коливальне зварювання – це нова технологія лазерного зварювання, запропонована в останні роки та отримала широку увагу. Принцип цієї технології полягає в досягненні швидкого, упорядкованого та малого коливання лазерного променя шляхом інтеграції коливального дзеркала в лазерну зварювальну головку, що дозволяє досягти ефекту перемішування променя під час руху вперед під час лазерного зварювання.
Основні траєкторії коливань у процесі лазерного коливального зварювання включають: поперечні коливання, поздовжні коливання, кругові коливання та нескінченні коливання. Процес лазерного коливального зварювання має значні переваги при зварюванні кузовів автомобілів, оскільки стан потоку розплавленої ванни значно змінюється коливаннями лазерного променя, завдяки чому процес може усунути неоплавлені дефекти, досягти подрібнення зерна та придушити пористість при зварюванні одного й того ж матеріалу кузова автомобіля, а також покращити проблеми недостатнього змішування різних матеріалів та поганих механічних властивостей зварного шва при зварюванні різнорідних матеріалів кузова автомобіля.
Процес багатолазерного зварювання
Наразі волоконні лазери можна використовувати для розділення одного лазерного променя на кілька лазерних променів за допомогою модуля розщеплення променя, встановленого у зварювальній головці. Зварювання кількома лазерними променями еквівалентне застосуванню кількох джерел тепла в процесі зварювання. Регулюючи розподіл енергії променя, різні промені можуть виконувати різні функції, такі як: промінь з вищою щільністю енергії є основним променем, що відповідає за глибоке зварювання розплавом; допоміжний промінь з нижчою щільністю енергії може очищати та попередньо нагрівати поверхню матеріалу та збільшувати поглинання енергії лазерного променя матеріалом.
Процес багатолазерного зварювання може покращити випаровування цинкової пари та динамічну поведінку розплавленої ванни під час зварювання оцинкованих сталевих листів, зменшити розбризкування та підвищити міцність зварного шва на розтяг.
Процес лазерного зварювання
Технологія лазерного зварювання польотом — це нова технологія лазерного зварювання з високою ефективністю зварювання та автономним проектуванням траєкторії зварювання. Основний принцип лазерного зварювання польотом полягає в тому, що коли лазерний промінь падає на дзеркала X та Y скануючого дзеркала, кут дзеркала контролюється за допомогою автономного програмування для досягнення відхилення лазерного променя під будь-яким кутом.
Традиційно, лазерне зварювання кузовів автомобілів в основному спирається на зварювальний робот, який приводить у рух лазерну зварювальну головку для синхронного руху та досягнення ефекту зварювання. Однак, повторювані зворотно-поступальні рухи зварювального робота значно обмежують ефективність зварювання кузовів автомобілів через велику кількість зварних швів та їхню довжину. Натомість, лазерне зварювання польотом може бути досягнуто в певному діапазоні, просто регулюючи кут відбивача. Таким чином, технологія лазерного зварювання польотом може значно підвищити ефективність зварювання та має широкі перспективи застосування.
Короткий зміст
З розвитком автомобільної промисловості майбутнє технології зварювання кузовів продовжуватиме розвиватися як у процесі зварювання, так і в інтелектуальних технологіях.
Кузовна обробка автомобілів, особливо кузови транспортних засобів на нових джерелах енергії, розвивається в напрямку зменшення ваги. Легкі сплави, композитні матеріали та гетерогенні матеріали будуть ширше використовуватися в кузовній обробці автомобілів, а традиційному лазерному зварюванню важко задовольнити вимоги до зварювання, тому високоякісний та ефективний процес зварювання стане майбутньою тенденцією розвитку.
В останні роки нові процеси лазерного зварювання, такі як лазерне зварювання з розмахом, багатолазерне зварювання, лазерне зварювання з польотом тощо, були початковими теоретичними дослідженнями та дослідженнями процесу в галузі якості та ефективності зварювання. Майбутнє потребує тісного поєднання нових процесів лазерного зварювання та легких матеріалів для кузовів автомобілів, зварювання гетерогенних матеріалів та інших сценаріїв, проектування траєкторії розмахування лазерного променя, механізму дії енергії багатолазерного променя та підвищення ефективності зварювання з польотом, а також інших аспектів поглибленого дослідження для вивчення зрілого процесу зварювання легких кузовів автомобілів.
Технологія лазерного зварювання кузовів автомобілів глибоко інтегрується з інтелектуальними технологіями, вимірювання стану лазерного зварювання кузовів у режимі реального часу та зворотний зв'язок щодо керування параметрами процесу відіграють вирішальну роль у якості зварювання. Сучасна технологія інтелектуального лазерного зварювання здебільшого використовується для планування та відстеження траєкторії перед зварюванням, а також для контролю якості після зварювання. Вітчизняні та зарубіжні дослідження у сфері виявлення дефектів зварювання та адаптивного регулювання параметрів все ще перебувають на початковій стадії, а технологія адаптивного керування параметрами процесу лазерного зварювання ще не застосовується у виробництві кузовів автомобілів.
Таким чином, для застосування технології лазерного зварювання в процесі зварювання кузовів автомобілів, майбутнє слід розвивати з передовою багатосенсорною інтелектуальною системою лазерного зварювання з основним лазером та високошвидкісною високоточною системою керування зварювальним роботом, щоб забезпечити інтелектуальну технологію лазерного зварювання в режимі реального часу та точність кожної ланки через посилання "планування траєкторії перед зварюванням - адаптивне керування параметрами зварювання - онлайн-перевірка якості після зварювання", щоб забезпечити високу якість та ефективність обробки.
Компанія Maven з лазерної автоматизації спеціалізується на лазерній галузі вже 14 років. Ми спеціалізуємося на лазерному зварюванні. У нас є роботизована машина для лазерного зварювання з рукояткою, настільна автоматична машина для лазерного зварювання, ручна машина для лазерного зварювання, крім того, у нас також є машина для лазерного зварювання, машина для лазерного різання та машина для лазерного маркування та гравірування. У нас є багато рішень для лазерного зварювання. Якщо ви зацікавлені, ви завжди можете зв'язатися з нами.
Час публікації: 09 грудня 2022 р.
