Введение
Поскольку кузов автомобиля является носителем других частей автомобиля, технология его изготовления напрямую определяет общее качество изготовления автомобиля.Сварка – важный производственный процесс при изготовлении кузовов автомобилей.В настоящее время сварочные технологии, используемые для сварки кузовов автомобилей, в основном включают контактную точечную сварку, сварку MIG, сварку MAG и лазерную сварку.
Технология лазерной сварки как передовая технология оптико-электромеханической интеграции сварки по сравнению с традиционной технологией сварки кузова автомобиля обладает преимуществами высокой плотности энергии, высокой скорости сварки, небольшого сварочного напряжения и деформации, а также хорошей гибкости.
Конструкция кузова автомобиля сложна, его детали преимущественно тонкостенные и изогнутые.Сварка кузовов автомобилей сталкивается с некоторыми трудностями, такими как изменение материала кузова, разная толщина деталей кузова, разнообразие траекторий сварки и форм соединений.Кроме того, сварка кузовов автомобилей предъявляет высокие требования к качеству и эффективности сварки.
Основываясь на соответствующих параметрах сварочного процесса, лазерная сварка может обеспечить высокую усталостную прочность и ударную вязкость ключевых компонентов кузова автомобиля, а также качество сварки и срок службы кузова автомобиля.Технология лазерной сварки может адаптироваться к различным формам соединений, разной толщине и различным типам материалов сварки деталей кузова автомобиля, чтобы удовлетворить гибкие потребности производства кузовов автомобилей.Поэтому технология лазерной сварки является важным техническим средством достижения качественного развития автомобильной промышленности.
Технология лазерной сварки кузова автомобиля
Технология лазерной сварки кузова автомобиля с глубоким проплавлением
Принцип процесса лазерной сварки с глубоким проплавлением (рис. 1) заключается в следующем: когда плотность мощности лазера достигает определенного уровня, поверхность материала испаряется, образуя замочную скважину.Когда давление паров металла в отверстии достигает динамического баланса со статическим давлением и поверхностным натяжением окружающей жидкости, лазер может облучаться до дна отверстия через замочную скважину, и при движении лазерного луча создается непрерывный образуется сварной шов.В процессе лазерной сварки с глубоким проплавлением нет необходимости добавлять вспомогательный флюс или присадку, а собственные материалы заготовки можно сваривать вместе.
ИНЖИР.1 Принципиальная схема процесса лазерной сварки с глубоким проплавлением
Сварной шов, полученный с помощью лазерной сварки с глубоким проплавлением, обычно гладкий и прямой, а деформация невелика, что способствует повышению точности изготовления кузова автомобиля.Высокая прочность сварного шва обеспечивает качество сварки кузова автомобиля.Скорость сварки высокая, что способствует повышению эффективности сварочного производства.
В процессе сварки кузова автомобиля использование процесса лазерной сварки с глубоким проплавлением может значительно сократить количество деталей, форм и сварочных инструментов, тем самым снижая вес кузова и производственные затраты.Однако процесс лазерной сварки с глубоким проплавлением имеет плохой допуск на монтажный зазор свариваемых деталей, и монтажный зазор необходимо контролировать в пределах от 0,05 до 2 мм.Если монтажный зазор слишком велик, возникнут дефекты сварки, такие как поры.
Современные исследования показывают, что сварной шов с хорошей формой поверхности, меньшим количеством внутренних дефектов и отличными механическими свойствами может быть получен за счет оптимизации технологических параметров лазерной сварки с глубоким проплавлением при сварке того же материала кузова автомобиля.Отличные механические свойства сварного шва могут удовлетворить потребности свариваемых компонентов автомобильного кузова.Однако при сварке кузова автомобиля технология лазерной сварки с глубоким проплавлением разнородных металлов, представленная алюминиевым сплавом и сталью, еще не разработана.Хотя сварные швы с отличными характеристиками могут быть получены путем добавления переходных слоев, механизм влияния различных материалов переходного слоя на слой IMC и механизм их действия на микроструктуру сварного шва не ясен, и необходимы дальнейшие исследования.
Процесс сварки лазерной проволокой кузова автомобиля
Принцип процесса сварки лазерной присадочной проволокой заключается в следующем: сварное соединение формируется путем предварительной заливки сварочной проволоки в сварной шов или подачи сварочной проволоки одновременно в процессе лазерной сварки.Это эквивалентно вводу примерно однородного материала сварочной проволоки в сварочную ванну во время лазерной сварки с глубоким проплавлением.Принципиальная схема процесса лазерной сварки присадочной проволокой представлена на рисунке 2.
ИНЖИР.2 Принципиальная схема процесса заливки лазерной проволокой
По сравнению с лазерной сваркой с глубоким проплавлением, лазерная сварка с заполнением проволоки имеет два преимущества при сварке кузова автомобиля: во-первых, она может значительно улучшить допуск монтажного зазора между свариваемыми деталями кузова автомобиля и решить проблему, с которой связана лазерная сварка с глубоким проплавлением. требует слишком большого зазора канавок;Во-вторых, распределение тканей в зоне сварного шва можно улучшить за счет использования сварочных проволок с различным составом, а затем можно регулировать характеристики сварного шва.
В процессе производства кузовов автомобилей процесс сварки лазерной проволокой в основном используется для сварки деталей кузова из алюминиевого сплава и стали.Особенно в процессе сварки деталей из алюминиевого сплава кузова автомобиля поверхностное натяжение ванны расплава невелико, что легко приводит к разрушению ванны расплава, а процесс сварки с заполнением лазерной проволокой может лучше решить проблему разрушения ванны расплава. путем плавления сварочной проволоки.
Технология лазерной пайки кузова автомобиля
Принцип процесса лазерной пайки следующий: лазер используется в качестве источника тепла, лазерный луч после фокусировки освещает поверхность сварочной проволоки, сварочная проволока плавится, расплавленная проволока опускается и заполняется между между свариваемыми деталями, и между присадочным металлом и заготовкой возникают металлургические эффекты, такие как плавление и диффузия, так что заготовка соединяется.В отличие от процесса сварки лазерной проволокой, процесс лазерной пайки плавит только проволоку, а не свариваемую деталь.Лазерная пайка обладает хорошей стабильностью сварки, но прочность сварного шва низкая.ИНЖИР.3 показано применение процесса лазерной пайки при сварке крышки багажника автомобиля.
ИНЖИР.3. Применение лазерной пайки в автомобиле: а) лазерная сварка заднего капота;(б) Принципиальная схема лазерной пайки.
В процессе сварки кузова автомобиля процесс лазерной пайки в основном заключается в сварке деталей кузова с низкими требованиями к прочности соединения, таких как сварка между верхней крышкой и боковой стенкой кузова, сварка между верхней и нижней частями багажника. крышка и т. д., Volkswagen, Audi и другие высококачественные модели верхней крышки используют процесс лазерной пайки.
К основным дефектам сварного шва кузова автомобиля лазерной пайкой относятся закусывание кромок, пористость, деформация сварного шва и т. д. Дефекты можно устранить, корректируя параметры процесса и используя процесс многофокусной лазерной пайки.
Технология лазерно-дуговой композитной сварки кузова автомобиля
Принцип процесса лазерно-дуговой сварки композитов заключается в следующем: используя два источника тепла — лазер и дугу — для одновременного воздействия на поверхность свариваемой детали, заготовка плавится и затвердевает с образованием сварного шва.На рис. 4 представлена принципиальная схема процесса лазерно-дуговой сварки композитов.
ИНЖИР.4 Принципиальная схема процесса лазерно-дуговой сварки композитов
Лазерно-дуговая композитная сварка имеет преимущества как лазерной сварки, так и дуговой сварки: во-первых, под действием двойных источников тепла скорость сварки повышается, подвод тепла мал, деформация сварного шва мала, а характеристики лазерной сварки сохраняются;Во-вторых, он имеет лучшую перекрывающую способность и больший допуск монтажного зазора;В-третьих, скорость затвердевания ванны расплава низкая, что способствует устранению дефектов сварки, таких как поры и трещины, а также улучшению структуры и характеристик зоны термического влияния.В-четвертых, за счет воздействия дуги можно сваривать материалы с высокой отражательной способностью и высокой теплопроводностью, а спектр применения материалов шире.
В процессе изготовления кузовов автомобилей процесс лазерно-дуговой композитной сварки предназначен в основном для сварки деталей кузова из алюминиевых сплавов и разнородных металлов из алюминия и стали, а сварка выполняется для деталей с большими монтажными зазорами, например сварка деталей дверь автомобиля, потому что монтажный зазор способствует игре моста при лазерно-дуговой композитной сварке.Кроме того, технология лазерно-дуговой сварки композитных материалов применяется также в верхней боковой балке кузова Audi.
В процессе сварки кузова автомобиля лазерно-дуговая композитная сварка имеет преимущество большей точности зазора, чем одиночная лазерная сварка, но взаимное расположение лазера и дуги, параметры лазерной сварки, параметры дуги и другие факторы следует учитывать всесторонне.Поведение тепло- и массообмена при лазерно-дуговой сварке является сложным, особенно механизм регулирования энергии, а также регулирования толщины и структуры IMC при сварке разнородных материалов до сих пор неясен, и необходимы дальнейшие исследования.
Другие процессы лазерной сварки кузовов автомобилей
Лазерная сварка с глубоким проплавлением, лазерная сварка проволокой, лазерная пайка, лазерно-дуговая сварка композитов и другие сварочные процессы представляют собой более зрелую теорию и широкое практическое применение.С повышением требований автомобильной промышленности к эффективности сварки кузовов и увеличением спроса на сварку разнородных материалов в легком автомобилестроении уделяется внимание лазерной точечной сварке, лазерной поворотной сварке, многолазерной лучевой сварке и лазерной летной сварке. к.
Процесс лазерной точечной сварки
Лазерная точечная сварка — это передовая технология лазерной сварки, преимуществами которой являются высокая скорость сварки и высокая точность сварки.Основной принцип лазерной точечной сварки заключается в фокусировке лазерного луча в определенной точке свариваемой детали, чтобы металл в этой точке мгновенно плавился, путем регулировки плотности лазера для достижения эффекта теплопроводной сварки или сварки глубоким плавлением. , когда лазерный луч перестает действовать, жидкий металл оплавляется и затвердевает, образуя соединение.
Существует два основных вида лазерной точечной сварки: импульсная лазерная точечная сварка и непрерывная лазерная точечная сварка.Пиковая энергия лазерного луча импульсной лазерной точечной сварки высока, но время действия короткое, обычно используется для сварки магниевых сплавов, алюминиевых сплавов и других легких металлов.Средняя мощность лазерного луча при непрерывной лазерной точечной сварке высока, время воздействия лазера велико, и он широко используется при сварке стали.
Что касается сварки кузова автомобиля, по сравнению с контактной точечной сваркой, лазерная точечная сварка имеет преимущества бесконтактной сварки, траекторию точечной сварки можно проектировать независимо и т. д., что может удовлетворить требования высококачественной сварки при различных зазорах внахлест. Материалы кузова автомобиля.
Процесс лазерной поворотной сварки
Лазерная поворотная сварка — это новая технология лазерной сварки, предложенная в последние годы и вызвавшая широкую обеспокоенность.Принцип этой технологии таков: за счет интеграции группы гальванометров в лазерную сварочную головку лазерный луч подается быстро, упорядоченно и в небольшом диапазоне, чтобы добиться эффекта движения лазерного луча вперед при перемешивании.
Основные траектории поворота в процессе лазерной поворотной сварки включают поперечный поворот, продольный поворот, круговой поворот и бесконечный поворот.Процесс лазерной поворотной сварки имеет значительные преимущества при сварке кузова автомобиля.Под действием качания лазерного луча существенно изменяется текучесть ванны расплава.Таким образом, этот процесс позволяет не только устранить несплавленный дефект, добиться измельчения зерна и подавить пористость при сварке одного и того же материала кузова автомобиля.Кроме того, это также может решить такие проблемы, как недостаточное смешивание различных материалов и плохие механические свойства сварных швов при сварке разнородных материалов автомобильного кузова.
Процесс многолазерной сварки
В настоящее время волоконно-оптический лазер можно разделить на несколько лазерных лучей с помощью разделительного модуля, установленного в сварочной головке.Многолазерная сварка эквивалентна применению нескольких источников тепла в процессе сварки. Регулируя распределение энергии луча, разные лучи могут выполнять разные функции, например: луч с более высокой плотностью энергии является основным лучом, ответственным за глубокую сварка с проплавлением;Более низкая плотность энергии луча может очистить и предварительно нагреть поверхность материала, а также увеличить поглощение энергии лазерного луча материалом.
Оцинкованный высокопрочный стальной материал широко используется в кузове автомобиля.Технология многолазерной сварки может улучшить характеристики испарения паров цинка и динамическое поведение расплавленной ванны в процессе сварки оцинкованной стальной пластины, решить проблему распыления и повысить прочность сварного шва.
Процесс лазерной летной сварки
Технология лазерной летной сварки — это новая технология лазерной сварки, которая обладает высокой эффективностью сварки и может быть разработана самостоятельно.Основной принцип лазерной летной сварки заключается в том, что когда лазерный луч падает на зеркала X и Y сканирующего зеркала, угол зеркала контролируется независимым программированием для достижения отклонения лазерного луча на любой угол.
Традиционная лазерная сварка кузова автомобиля в основном основана на синхронном движении лазерной сварочной головки, приводимой в действие сварочным роботом, для достижения сварочного эффекта.Однако эффективность сварки кузова автомобиля сильно ограничена повторяющимися возвратно-поступательными движениями сварочного робота из-за большого количества сварных швов и их большой длины.Напротив, при лазерной летной сварке необходимо только отрегулировать угол зеркала, чтобы обеспечить сварку в определенном диапазоне.Таким образом, технология лазерной летной сварки позволяет значительно повысить эффективность сварки и имеет широкие перспективы применения.
Резюме и перспектива
С развитием автомобильной промышленности будущие технологии сварки кузовов будут продолжать развиваться в двух аспектах: процесс сварки и интеллектуальные технологии.
Автомобильные кузова, особенно кузова новых энергетических автомобилей, развиваются в направлении облегчения.Легкие сплавы, композиционные материалы и разнородные материалы будут более широко использоваться в кузове автомобиля, обычный процесс лазерной сварки трудно удовлетворить требованиям сварки, поэтому высококачественный и эффективный процесс сварки станет тенденцией будущего развития.
В последние годы новые процессы лазерной сварки, такие как лазерная поворотная сварка, многолазерная сварка, лазерная летающая сварка и т. д., подверглись предварительным теоретическим исследованиям и исследованиям процессов с точки зрения качества сварки и эффективности сварки.В перспективе необходимо тесно объединить возникающий процесс лазерной сварки с легкими и разнородными материалами сварки кузова автомобиля, провести углубленные исследования по проектированию траектории качания лазерного луча, механизма действия энергии многолазерного луча. и повышение эффективности летной сварки, а также изучить усовершенствованный процесс сварки кузовов легких автомобилей.
Технология лазерной сварки кузова автомобиля глубоко интегрирована с интеллектуальными технологиями.Восприятие состояния лазерной сварки кузова автомобиля в реальном времени и управление параметрами процесса с обратной связью играют решающую роль в качестве сварки.Современная интеллектуальная технология лазерной сварки в основном используется для планирования и отслеживания траектории перед сваркой, а также для контроля качества после сварки.В стране и за рубежом исследования в области обнаружения дефектов сварки и адаптивного управления параметрами все еще находятся на начальной стадии, а технология адаптивного управления параметрами процесса лазерной сварки не применяется при производстве кузовов автомобилей.
Таким образом, учитывая особенности применения технологии лазерной сварки в процессе сварки кузова автомобиля, необходимо создать интеллектуальную сенсорную систему для лазерной сварки с усовершенствованными мультисенсорами в качестве ядра и высокоскоростную и высокоточную систему управления сварочным роботом. разработан в будущем, чтобы обеспечить работу в режиме реального времени и точность всех аспектов интеллектуальной технологии лазерной сварки.Откройте ссылку «Предсварочное планирование траектории – адаптивный контроль параметров качества сварки, онлайн-обнаружение после сварки», чтобы обеспечить качественную и эффективную обработку.
Время публикации: 16 октября 2023 г.