Fiind suport pentru alte componente ale mașinii, tehnologia de fabricație a caroseriei determină în mod direct calitatea generală a fabricației mașinii. În procesul de fabricație a caroseriei auto, sudarea este un proces de producție important. Tehnologiile de sudare utilizate în prezent pentru sudarea caroseriei auto includ în principal sudarea prin rezistență în puncte, sudarea cu gaz inert topit protejat (sudura MIG) și sudarea cu arc topit protejat cu gaz activ (sudura MAG), precum și sudarea cu laser.
Fiind o tehnologie avansată de sudare cu integrare optico-mecanică, tehnologia de sudare cu laser are avantajele unei densități energetice ridicate, vitezei mari de sudare, stresului și deformării reduse la sudare și unei flexibilități bune în comparație cu tehnologia tradițională de sudare a caroseriilor auto.
Structura caroseriei auto este complexă, iar piesele caroseriei sunt în principal componente cu pereți subțiri și curbate. Sudarea caroseriei auto se confruntă cu dificultăți de sudare, cum ar fi variațiile materialelor caroseriei, grosimile variabile ale pieselor caroseriei, traiectoriile de sudare diverse și formele îmbinărilor. În plus, sudarea caroseriei auto are cerințe ridicate privind calitatea și eficiența sudării.
Pe baza unor parametri adecvați ai procesului de sudare, sudarea cu laser poate asigura o rezistență ridicată la oboseală și la impact a pieselor cheie ale caroseriei auto, asigurând astfel calitatea și durata de viață a sudării caroseriei. Tehnologia de sudare cu laser se poate adapta la sudarea pieselor de caroserie auto cu diferite forme de îmbinare, diferite grosimi și diferite tipuri de materiale, satisfăcând cererea de flexibilitate în fabricarea caroseriei auto. Prin urmare, tehnologia de sudare cu laser este un mijloc tehnic important pentru a realiza o dezvoltare de înaltă calitate a industriei auto.
Procedeu de sudare cu laser pentru caroserii auto
Principiul procesului de sudare prin fuziune cu laser: Când densitatea puterii laserului atinge un anumit nivel, suprafața materialului se vaporizează, formând astfel o gaură de cheie. Când presiunea vaporilor metalici din interiorul găurii atinge un echilibru dinamic cu presiunea statică și tensiunea superficială a lichidului înconjurător, laserul poate iradia prin gaura de cheie până la fundul găurii, iar odată cu mișcarea fasciculului laser, se formează o sudură continuă. În procesul de sudare prin fuziune cu laser, nu este nevoie să se adauge flux auxiliar sau material de umplere pentru a suda propriul material al piesei de prelucrat într-una singură.
Cordonul de sudură obținut prin sudarea prin fuziune profundă cu laser este în general neted și drept, cu deformări mici, ceea ce contribuie la îmbunătățirea preciziei de fabricație a caroseriei auto. Rezistența la tracțiune a sudurii este ridicată, ceea ce asigură calitatea sudării caroseriei. Viteza de sudare este rapidă, ceea ce contribuie la îmbunătățirea eficienței producției de sudare.
În procesul de sudare a caroseriilor auto, utilizarea procesului de sudare prin fuziune profundă cu laser poate reduce semnificativ numărul de piese, matrițe și scule de sudare, reducând astfel greutatea proprie a caroseriei și costurile de producție. Cu toate acestea, procesul de sudare prin fuziune profundă cu laser este mai puțin tolerant la jocul de asamblare al pieselor care urmează să fie sudate, iar jocul de asamblare trebuie controlat între 0,05 și 2 mm. Dacă jocul de asamblare este prea mare, vor apărea defecte de sudare, cum ar fi porozitatea.
Cercetările actuale arată că, în sudarea caroseriilor auto din același material, prin optimizarea parametrilor de proces ai sudării prin fuziune profundă cu laser, este posibil să se obțină o sudură cu o formare bună a suprafeței, mai puține defecte interne și proprietăți mecanice excelente. Proprietățile mecanice excelente ale sudurii pot satisface cerințele de utilizare ale componentelor sudate ale caroseriei auto. Cu toate acestea, în sudarea caroseriilor auto, oțelul din aliaj de aluminiu, ca reprezentant al procesului de sudare prin fuziune profundă cu laser pe metale eterogene, nu este matur, deși prin adăugarea unui strat de tranziție se poate obține o performanță excelentă a sudurii, însă mecanismul de influență al diferitelor materiale ale stratului de tranziție asupra stratului IMC și efectul acestuia asupra microstructurii mecanismului de sudare nu este clar, necesitând studii suplimentare aprofundate.
Procesul de sudare cu sârmă laser pentru caroserie auto
Procesul de sudare cu laser prin umplere se bazează pe următorul principiu: O îmbinare sudată se formează prin preumplerea sudurii cu un fir specific sau prin alimentarea simultană a firului în timpul procesului de sudare cu laser. Aceasta este echivalentă cu alimentarea unei cantități aproximativ omogene de material de sârmă în baia de sudură în timpul sudării prin fuziune profundă cu laser. Diagrama de mai jos prezintă procesul de sudare cu laser prin umplere.
Comparativ cu sudarea prin fuziune profundă cu laser, sudarea cu umplere cu laser are două avantaje în sudarea caroseriilor auto: în primul rând, poate îmbunătăți semnificativ toleranța spațiului de asamblare dintre piesele caroseriei auto care urmează să fie sudate și poate rezolva problema cerinței unui spațiu mare de teșitură pentru sudarea prin fuziune profundă cu laser; în al doilea rând, poate îmbunătăți distribuția țesutului în zona sudurii prin utilizarea de sârme cu compoziții diferite și apoi poate regla performanța sudurii.
În procesul de fabricație a caroseriilor auto, procesul de sudare cu umplere cu laser este utilizat în principal pentru sudarea pieselor din aliaj de aluminiu și oțel ale caroseriei. În special în procesul de sudare a pieselor din aliaj de aluminiu ale caroseriei auto, tensiunea superficială a băii de topit este mică, ceea ce poate duce cu ușurință la prăbușirea acesteia, în timp ce procesul de sudare cu umplere cu laser poate rezolva mai bine problema prăbușirii băii de topit prin topirea sârmei în procesul de sudare cu laser.
Procesul de lipire cu laser a caroseriei auto
Procesul de lipire cu laser se bazează pe următorul principiu: Folosind un laser ca sursă de căldură, fasciculul laser este focalizat și iradiat pe suprafața sârmei, sârma se topește, sârma topită picură și umple piesa de prelucrat care urmează să fie sudată, iar efecte metalurgice, cum ar fi topirea și difuzia, apar între materialul de lipire și piesa de prelucrat, unind astfel piesa de prelucrat. Spre deosebire de procesul de sudare cu laser cu umplutură, procesul de lipire cu laser topește doar sârma și nu piesa de prelucrat care urmează să fie sudată. Lipirea cu laser are o stabilitate bună la sudare, dar rezistența la tracțiune a sudurii rezultate este scăzută. Figura 3 prezintă aplicarea procesului de lipire cu laser în sudarea capacelor portbagajului auto.
În procesul de sudare a caroseriilor auto, procesul de lipire cu laser este utilizat în principal pentru a suda piesele caroseriei care nu necesită o rezistență mare la îmbinare, cum ar fi sudarea dintre capacul superior și marginile laterale, sudarea dintre partea superioară și inferioară a capacului portbagajului etc. Capacele superioare ale modelelor VW, Audi și alte modele de gamă medie și superioară utilizează toate procesul de lipire cu laser.
Principalele defecte ale îmbinărilor brazate cu laser ale caroseriilor auto includ roderea marginilor, porozitatea, deformarea sudurii etc., iar defectele pot fi suprimate semnificativ prin reglarea parametrilor procesului și utilizarea procesului de brazare cu laser multi-focalizare.
Procesul de sudare compozită cu arc laser pentru caroserii auto
Principiul procesului de sudare compozită cu arc laser este următorul: două surse de căldură, laserul și arcul, sunt utilizate pentru a acționa simultan asupra suprafeței piesei de sudat, iar piesa de prelucrat este topită și solidificată pentru a forma o sudură. Diagrama de mai jos prezintă procesul de sudare cu arc laser.
Sudarea compozită cu arc laser combină avantajele sudării cu laser și ale sudării cu arc: în primul rând, sub acțiunea unor surse duale de căldură, viteza de sudare poate fi crescută, aportul de căldură devine mai mic, deformarea sudurii este mică, menținând caracteristicile sudării cu laser; în al doilea rând, o capacitate de acoperire mai bună, toleranța la golul de asamblare este mai mare; în al treilea rând, viteza de solidificare a băii topite devine mai lentă, ceea ce conduce la eliminarea porilor, fisurilor și a altor defecte de sudare, îmbunătățind organizarea și performanța zonei afectate termic. În al patrulea rând, datorită arcului, este capabil să sudeze materiale cu reflectivitate ridicată și conductivitate termică ridicată, cu o gamă mai largă de materiale aplicate.
În procesul de fabricație a caroseriilor auto, procesul de sudare compozită cu arc laser se referă în principal la sudarea componentelor din aliaj de aluminiu ale caroseriei și a metalelor diferite din aliaj de aluminiu și oțel, pentru spațiul de asamblare al pieselor mai mari sudate, cum ar fi partea portierei mașinii în locația sudurii, deoarece acest spațiu de asamblare favorizează performanța de legătură a sudurii compozite cu arc laser. În plus, tehnologia de sudare compozită cu arc laser-MIG este aplicată și la poziția traversei laterale a plafonului caroseriei Audi.
În procesul de sudare a caroseriilor auto, sudarea compozită cu arc laser are avantajul unei toleranțe mari la spațiul dintre obiecte în comparație cu sudarea cu laser simplu. Cu toate acestea, sudarea compozită cu arc laser necesită o luare în considerare cuprinzătoare a poziției relative a laserului și arcului, a parametrilor de sudare cu laser, a parametrilor arcului și a altor factori. Comportamentul la transferul de căldură și masă în procesul de sudare cu arc laser este complex, în special reglarea energiei sudării materialelor eterogene, iar mecanismul de reglare a grosimii și țesutului IMC este încă neclar și necesită consolidarea în continuare a cercetării.
Alte procese de sudare cu laser pentru caroserii auto
Sudarea prin fuziune profundă cu laser, sudarea cu umplere cu laser, brazarea cu laser și sudarea compozită cu arc laser, precum și alte procese de sudare au o teorie mai matură și o gamă largă de aplicații practice. Pe măsură ce cerințele industriei auto privind eficiența sudării caroseriilor cresc și cererea de sudură a materialelor diferite în fabricația ușoară crește, sudarea cu laser prin puncte, sudarea cu laser cu oscilație, sudarea cu fascicul laser multiplu și sudarea cu laser în zbor au câștigat atenție.
Procedeul de sudare cu laser prin puncte
Sudarea cu laser în puncte este o tehnologie avansată de sudare cu laser, cu avantaje remarcabile de viteză mare de sudare și precizie ridicată a sudării. Principiul de bază al sudării cu laser în puncte este focalizarea fasciculului laser într-un punct al piesei care urmează să fie sudată, astfel încât metalul din acel punct să se topească instantaneu, iar prin ajustarea densității laserului pentru a obține un efect de sudare prin conducție termică sau sudare prin fuziune profundă, atunci când fasciculul laser nu mai funcționează, metalul lichid refluxează, se solidifică și formează o îmbinare.
Există două forme principale de sudare cu laser în puncte: sudarea cu laser în puncte pulsate și sudarea cu laser în puncte continuă. Fasciculul laser în sudarea cu laser în puncte pulsate are o energie de vârf ridicată, dar timpul de acțiune este scurt și este utilizat în general pentru sudarea metalelor ușoare, cum ar fi aliajele de magneziu și aliajele de aluminiu. În sudarea continuă în puncte cu laser, fasciculul laser are o putere medie mare și un timp de acțiune lung al laserului și este utilizat în principal pentru sudarea oțelului.
În sudarea caroseriilor auto, comparativ cu sudarea prin puncte prin rezistență, sudarea prin puncte cu laser are avantajele traiectoriei de sudare fără contact și auto-proiectate, ceea ce poate satisface cererea de sudare de înaltă calitate sub diferite goluri de suprapunere ale materialelor caroseriei auto.
Procedeu de sudare cu oscilație laser
Sudarea cu oscilație laser este o nouă tehnologie de sudare cu laser, propusă în ultimii ani și care a atras o atenție largă. Principiul acestei tehnologii este de a obține o oscilație rapidă, ordonată și mică a fasciculului laser prin integrarea unei oglinzi oscilante în capul de sudare cu laser, obținând astfel efectul de agitare a fasciculului în timp ce acesta se deplasează înainte în timpul sudării cu laser.
Principalele traiectorii de oscilație în procesul de sudare cu oscilație laser includ: oscilația transversală, oscilația longitudinală, oscilația circulară și oscilația infinită. Procesul de sudare cu oscilație laser are avantaje semnificative în sudarea caroseriilor auto, deoarece starea de curgere a băii de topitură este modificată semnificativ de oscilația fasciculului laser, astfel încât procesul poate elimina defectele netopite, poate realiza rafinarea granulelor și poate suprima porozitatea în sudarea aceluiași material de caroserie și poate îmbunătăți problemele de amestecare insuficientă a diferitelor materiale și proprietățile mecanice slabe ale sudurii în sudarea materialelor de caroserie diferite.
Procedeu de sudare cu fascicul laser multiplu
În prezent, laserele cu fibră pot fi utilizate pentru a diviza un singur fascicul laser în mai multe fascicule laser folosind un modul de divizare a fasciculului instalat în capul de sudare. Sudarea cu fascicul laser multiplu este echivalentă cu aplicarea mai multor surse de căldură în procesul de sudare. Prin ajustarea distribuției energiei fasciculului, diferite fascicule pot îndeplini funcții diferite, cum ar fi: fasciculul cu densitate energetică mai mare este fasciculul principal, responsabil pentru sudarea prin topire profundă; subfasciculul cu densitate energetică mai mică poate curăța și preîncălzi suprafața materialului și poate crește absorbția energiei fasciculului laser de către material.
Procesul de sudare cu fascicul laser multiplu poate îmbunătăți comportamentul de evaporare a vaporilor de zinc și comportamentul dinamic al băii de topitură în timpul sudării tablelor de oțel galvanizat, poate îmbunătăți problema stropirii și poate spori rezistența la tracțiune a cusăturii de sudură.
Procedeul de sudare cu laser în zbor
Tehnologia de sudare cu laser în zbor este o tehnologie nouă de sudare cu laser, cu eficiență ridicată și proiectare autonomă a traiectoriei de sudare. Principiul de bază al sudării cu laser în zbor este că, atunci când fasciculul laser incide pe oglinzile X și Y ale oglinzii de scanare, unghiul oglinzii este controlat prin programare autonomă pentru a realiza devierea fasciculului laser la orice unghi.
În mod tradițional, sudarea cu laser a caroseriilor auto se bazează în principal pe robotul de sudură pentru a acționa capul de sudură cu laser pentru o mișcare sincronă, în vederea obținerii efectului de sudare. Cu toate acestea, mișcarea alternativă repetitivă a robotului de sudură limitează sever eficiența sudării caroseriilor auto din cauza numărului mare de suduri și a lungimii lor. În schimb, sudarea cu laser în zbor poate fi realizată într-un anumit interval prin simpla ajustare a unghiului reflectorului. Prin urmare, tehnologia de sudare cu laser în zbor poate îmbunătăți semnificativ eficiența sudării și are o perspectivă largă de aplicare.
Rezumat
Odată cu dezvoltarea industriei auto, viitorul tehnologiei de sudare a caroseriei va continua să se dezvolte atât în procesul de sudare, cât și în tehnologia inteligentă.
Caroseriile auto, în special caroseriile vehiculelor cu energie nouă, se dezvoltă în direcția reducerii greutății. Aliajele ușoare, materialele compozite și materialele eterogene vor fi utilizate pe scară largă în caroseriile auto, procesul convențional de sudare cu laser fiind dificil de îndeplinit cerințele de sudare, așa că procesul de sudare de înaltă calitate și eficient va deveni tendința de dezvoltare viitoare.
În ultimii ani, procesele emergente de sudare cu laser, cum ar fi sudarea cu laser oscilant, sudarea cu fascicul laser multiplu, sudarea cu laser în zbor etc., au fost inițial cercetate teoretic și explorate în ceea ce privește calitatea și eficiența sudării. Viitorul trebuie să fie format din procese emergente de sudare cu laser și materiale ușoare pentru caroserii auto, sudarea materialelor eterogene și alte scenarii strâns combinate, proiectarea traiectoriei oscilante a fasciculului laser, mecanismul de acțiune energetică a fasciculului laser multiplu și îmbunătățirea eficienței sudării în zbor, precum și alte aspecte, pentru a explora un proces matur de sudare a caroseriilor auto ușoare.
Tehnologia de sudare cu laser a caroseriilor auto este profund integrată cu tehnologia inteligentă, detectarea în timp real a stării sudării cu laser a caroseriei și controlul prin feedback al parametrilor procesului având un rol decisiv în calitatea sudării. Tehnologia actuală de sudare cu laser inteligentă este utilizată în principal pentru planificarea și urmărirea traiectoriei pre-sudură și inspecția calității post-sudură. Cercetările interne și internaționale privind detectarea defectelor de sudură și reglarea adaptivă a parametrilor sunt încă la început, iar tehnologia de control adaptiv al parametrilor procesului de sudare cu laser nu a fost aplicată în fabricarea caroseriilor auto.
Prin urmare, pentru aplicarea tehnologiei de sudare cu laser în caracteristicile procesului de sudare a caroseriilor auto, viitorul ar trebui dezvoltat cu un sistem avansat de detectare inteligentă a sudării cu laser cu miez multi-senzor și un sistem de control al robotului de sudură de mare viteză și precizie, pentru a asigura tehnologia inteligentă de sudare cu laser în timp real și precizia fiecărei legături, prin intermediul legăturii „planificarea traiectoriei pre-sudură - controlul adaptiv al parametrilor de sudare - inspecția online a calității post-sudură”, pentru a asigura o calitate înaltă și o procesare eficientă.
Compania de automatizare laser Maven se concentrează pe industria laser de 14 ani, ne specializăm în sudarea cu laser, avem mașini de sudură cu laser cu braț robotizat, mașini automate de sudură cu laser de masă, mașini de sudură cu laser portabile, în plus, avem și mașini de sudură cu laser, mașini de tăiere cu laser și mașini de gravat marcat cu laser, avem o mulțime de cazuri de soluții de sudură cu laser, dacă sunteți interesați, ne puteți contacta oricând.
Data publicării: 09 decembrie 2022
