Úvod
Keďže karoséria vozidla je nosičom ostatných častí vozidla, jej výrobná technológia priamo určuje celkovú výrobnú kvalitu vozidla.Zváranie je dôležitým výrobným procesom v procese výroby karosérií automobilov.V súčasnosti medzi technológie zvárania používané pri zváraní karosérií automobilov patria najmä odporové bodové zváranie, MIG zváranie, MAG zváranie a laserové zváranie.
Technológia laserového zvárania ako pokročilá technológia zvárania optoelektromechanickej integrácie v porovnaní s tradičnou technológiou zvárania karosérií automobilov má výhody vysokej hustoty energie, rýchlej rýchlosti zvárania, malého napätia a deformácie zvárania a dobrej flexibility.
Štruktúra karosérie automobilu je zložitá a jej komponenty sú prevažne tenkostenné a zakrivené.Zváranie automobilových karosérií sa stretáva s určitými ťažkosťami, ako sú zmeny materiálu karosérie, rôzna hrúbka častí karosérie, rôznorodá trajektória zvárania a tvary spojov.Okrem toho zváranie karosérií automobilov má vysoké požiadavky na kvalitu zvárania a účinnosť zvárania.
Na základe vhodných parametrov procesu zvárania môže laserové zváranie zabezpečiť vysokú únavovú pevnosť a rázovú húževnatosť kľúčových komponentov karosérie vozidla tak, aby bola zabezpečená kvalita zvárania a životnosť karosérie.Technológia laserového zvárania sa môže prispôsobiť rôznym tvarom spojov, rôznym hrúbkam a rôznym typom materiálov zvárania dielov karosérií, aby vyhovovala flexibilným potrebám výroby karosérií.Preto je technológia laserového zvárania dôležitým technickým prostriedkom na dosiahnutie kvalitného rozvoja automobilového priemyslu.
Technológia laserového zvárania karosérie automobilu
Laserová technológia zvárania karosérie automobilu hlbokou penetráciou
Princíp procesu zvárania hlbokou penetráciou laserom (obrázok 1) je nasledujúci: keď hustota výkonu lasera dosiahne určitú úroveň, povrch materiálu sa odparí a vytvorí sa kľúčová dierka.Keď tlak pár kovov v diere dosiahne dynamickú rovnováhu so statickým tlakom a povrchovým napätím okolitej kvapaliny, laser môže byť ožarovaný na dno diery cez kľúčovú dierku a pohybom laserového lúča sa vytvorí nepretržitý vzniká zvar.Počas procesu zvárania hlbokou penetráciou laserom nie je potrebné pridávať pomocné tavidlo alebo plnivo a vlastné materiály obrobku je možné zvárať.
Obr.1 Schematický diagram procesu zvárania hlbokou penetráciou laserom
Zvar získaný zváraním hlbokou penetráciou laserom je vo všeobecnosti hladký a rovný a deformácia je malá, čo prispieva k zlepšeniu presnosti výroby karosérie automobilu.Vysoká pevnosť zvaru v ťahu zabezpečuje kvalitu zvárania karosérie automobilu.Rýchlosť zvárania je vysoká, čo prispieva k zlepšeniu efektívnosti výroby zvárania.
V procese zvárania karosérií automobilov môže použitie procesu zvárania hlbokou penetráciou laserom výrazne znížiť počet dielov, foriem a zváracích nástrojov, čím sa zníži hmotnosť tela a výrobné náklady.Proces zvárania s hlbokou penetráciou laserom má však zlú toleranciu pre montážnu medzeru zváraných častí a montážnu medzeru je potrebné kontrolovať medzi 0,05 a 2 mm.Ak je montážna medzera príliš veľká, vyskytnú sa chyby zvárania, ako sú póry.
Súčasný výskum ukazuje, že zvar s dobrým tvarovaním povrchu, menšími vnútornými defektmi a výbornými mechanickými vlastnosťami je možné dosiahnuť optimalizáciou procesných parametrov laserového hĺbkového penetračného zvárania pri zváraní rovnakého materiálu karosérie automobilu.Vynikajúce mechanické vlastnosti zvaru môžu spĺňať potreby zváraných komponentov karosérie automobilu.Pri zváraní karosérií automobilov však nie je vyvinutá iná technológia laserového zvárania s hlbokým prienikom kovu, ktorú predstavuje hliníková zliatina a oceľ.Hoci zvary s vynikajúcim výkonom možno získať pridaním prechodových vrstiev, mechanizmus vplyvu rôznych materiálov prechodovej vrstvy na vrstvu IMC a mechanizmus ich pôsobenia na mikroštruktúru zvaru nie sú jasné a je potrebný ďalší výskum.
Proces zvárania laserovým drôtom karosérie automobilu
Princíp procesu zvárania laserovým plniacim drôtom je nasledovný: zvarový spoj sa vytvorí predplnením špecifického zváracieho drôtu vo zvare alebo súčasným podávaním zváracieho drôtu počas procesu laserového zvárania.To je ekvivalentné privádzaniu približne homogénneho materiálu zváracieho drôtu do zvarového kúpeľa počas zvárania hlbokou penetráciou laserom.Schematický diagram procesu zvárania laserovým plniacim drôtom je znázornený na obrázku 2.
Obr.2 Schematický diagram procesu zvárania plnením laserovým drôtom
V porovnaní s laserovým zváraním s hlbokou penetráciou má zváranie laserovým drôtom pri zváraní karosérie dve výhody: po prvé, môže výrazne zlepšiť toleranciu montážnej medzery medzi časťami karosérie, ktoré sa majú zvárať, a vyriešiť problém, že zváranie laserom s hlbokou penetráciou vyžaduje príliš veľkú vôľu drážok;Po druhé, rozloženie tkaniva v oblasti zvaru sa môže zlepšiť použitím zváracích drôtov s rôznym obsahom zloženia a potom možno regulovať výkon zvaru.
V procese výroby karosérie automobilov sa proces zvárania laserovým drôtom používa hlavne na zváranie hliníkových zliatin a oceľových častí karosérie.Najmä v procese zvárania častí z hliníkovej zliatiny karosérie automobilu je povrchové napätie roztaveného bazéna malé, čo ľahko vedie k zrúteniu roztaveného bazéna a proces zvárania plnenia laserovým drôtom môže lepšie vyriešiť problém kolapsu roztaveného bazéna. roztavením zváracieho drôtu.
Technológia laserového spájkovania karosérie automobilu
Princíp procesu spájkovania laserom je nasledovný: laser sa používa ako zdroj tepla, laserový lúč sa po zaostrení osvetlí na povrch zváracieho drôtu, zvárací drôt sa roztaví, roztavený drôt klesne a naplní sa medzi časti, ktoré sa majú zvárať, a medzi prídavným kovom a obrobkom dochádza k metalurgickým efektom, ako je tavenie a difúzia, takže obrobok je spojený.Na rozdiel od procesu zvárania plnením laserovým drôtom proces spájkovania laserom iba roztaví drôt a neroztaví zváraný obrobok.Laserové spájkovanie má dobrú stabilitu zvárania, ale pevnosť zvaru v ťahu je nízka.Obr.3 znázorňuje aplikáciu procesu spájkovania laserom pri zváraní veka batožinového priestoru automobilu.
Obr.3 Použitie laserového spájkovania v automobile: a) laserové zváranie zadnej kapoty;(b) Schematický diagram laserového spájkovania
V procese zvárania karosérie automobilu je proces spájkovania laserom hlavne zváranie častí karosérie s nízkymi požiadavkami na pevnosť spoja, ako je zváranie medzi horným krytom a bočnou stenou karosérie, zváranie medzi hornou a spodnou časťou kufra. kryt atď., Volkswagen, Audi a ďalšie špičkové modely horného krytu používajú proces spájkovania laserom.
Medzi hlavné chyby zvarového švu karosérie automobilu laserovým spájkovaním patrí okusovanie hrán, pórovitosť, deformácia zvaru a pod. Poruchy je možné potlačiť samozrejme nastavením parametrov procesu a použitím procesu multifokálneho laserového spájkovania.
Technológia laserového oblúkového kompozitného zvárania karosérie automobilu
Princíp procesu laserového oblúkového zvárania je nasledovný: pomocou dvoch tepelných zdrojov lasera a oblúka, ktoré súčasne pôsobia na povrch obrobku, ktorý sa má zvárať, sa obrobok roztaví a stuhne, aby sa vytvoril zvar.Obrázok 4 zobrazuje schematický diagram procesu zvárania kompozitom laserovým oblúkom.
Obr.4 Schematický diagram procesu laserového oblúkového zvárania kompozitov
Laserové oblúkové kompozitné zváranie má výhody laserového zvárania aj oblúkového zvárania: po prvé, pri pôsobení dvojitých zdrojov tepla sa rýchlosť zvárania zlepšuje, prívod tepla je malý, deformácia zvaru je malá a vlastnosti laserového zvárania sú udržiavané;Po druhé, má lepšiu schopnosť premostenia a väčšiu toleranciu montážnej medzery;Po tretie, rýchlosť tuhnutia roztaveného kúpeľa je pomalá, čo prispieva k odstráneniu defektov zvárania, ako sú póry a praskliny, a zlepšeniu štruktúry a výkonu tepelne ovplyvnenej zóny.Po štvrté, vďaka účinku oblúka dokáže zvárať materiály s vysokou odrazivosťou a vysokou tepelnou vodivosťou a rozsah aplikačných materiálov je širší.
V procese výroby automobilových karosérií je proces kompozitného zvárania laserovým oblúkom hlavne na zváranie komponentov karosérie z hliníkovej zliatiny a hliníkovo-oceľových odlišných kovov a zváranie sa vykonáva pre diely s veľkými montážnymi medzerami, ako je zváranie častí dvere auta, pretože montážna medzera prispieva k výkonu mostíka laserového oblúkového kompozitného zvárania.Okrem toho je technológia oblúkového zvárania laser-MIG aplikovaná aj na polohu bočného horného nosníka karosérie Audi.
V procese zvárania karosérií automobilov má laserové oblúkové kompozitné zváranie výhodu väčšej tolerancie medzier ako jedno laserové zváranie, ale relatívnu polohu lasera a oblúka, parametre laserového zvárania, parametre oblúka a ďalšie faktory by sa mali posudzovať komplexne.Správanie sa pri prenose tepla a hmoty pri zváraní laserovým oblúkom je zložité, najmä mechanizmus regulácie energie a regulácia hrúbky a štruktúry IMC pri zváraní rôznych materiálov je stále nejasný a je potrebný ďalší výskum.
Ostatné procesy laserového zvárania karosérií
Laserové zváranie hlbokou penetráciou, laserové zváranie drôtom, laserové spájkovanie a laserové oblúkové kompozitné zváranie a ďalšie zváracie procesy boli vyspelejšou teóriou a rozsiahlymi praktickými aplikáciami.So zlepšením požiadaviek automobilového priemyslu na efektívnosť zvárania karosérií a zvýšením dopytu po zváraní rôznych materiálov v ľahkej automobilovej výrobe sa pozornosť venovala laserovému bodovému zváraniu, laserovému švihovému zváraniu, zváraniu viacerými laserovými lúčmi a laserovému letovému zváraniu. do.
Proces bodového zvárania laserom
Laserové bodové zváranie je pokročilá technológia laserového zvárania, ktorá má výhody vysokej rýchlosti zvárania a vysokej presnosti zvárania.Základným princípom laserového bodového zvárania je zaostrenie laserového lúča do určitého bodu na časti, ktorá sa má zvárať, aby sa kov v bode okamžite roztavil, a to nastavením hustoty lasera, aby sa dosiahlo zváranie tepelnou vodivosťou alebo efekt hlbokého tavného zvárania. Keď laserový lúč prestane pôsobiť, tekutý kov sa pretaví, stuhne a vytvorí spoj.
Existujú dve hlavné formy laserového bodového zvárania: pulzné laserové bodové zváranie a kontinuálne laserové bodové zváranie.Špičková energia laserového bodového zvárania pulzným laserovým lúčom je vysoká, ale čas pôsobenia je krátky, zvyčajne sa používa na zváranie horčíkových zliatin, hliníkových zliatin a iných ľahkých kovov.Priemerný výkon laserového lúča pri kontinuálnom laserovom bodovom zváraní je vysoký, čas pôsobenia lasera je dlhý a je široko používaný pri zváraní ocele.
Pokiaľ ide o zváranie karosérií automobilov, v porovnaní s odporovým bodovým zváraním má bodové laserové zváranie výhody bezkontaktného, trajektória bodového zvárania môže byť navrhnutá nezávisle atď., Čo môže spĺňať požiadavky na vysokokvalitné zváranie pod rôznymi medzerami. materiály karosérie automobilov.
Proces laserového švihového zvárania
Laserové švihové zváranie je nová technológia laserového zvárania navrhnutá v posledných rokoch, ktorá bola široko rozšírená.Princíp tejto technológie je: integráciou skupiny galvanometrov na laserovej zváracej hlave je laserový lúč rýchlo, usporiadaný a v malom rozsahu, aby sa dosiahol efekt pohybu laserového lúča vpred pri miešaní.
Hlavné trajektórie výkyvu v procese zvárania laserovým výkyvom zahŕňajú priečny výkyv, pozdĺžny výkyv, kruhový výkyv a nekonečný výkyv.Proces laserového švihového zvárania má významné výhody pri zváraní karosérie automobilu.Pôsobením výkyvu laserového lúča sa výrazne zmení stav prúdenia roztaveného kúpeľa.Proces teda môže nielen eliminovať netavený defekt, dosiahnuť zjemnenie zrna a potlačiť pórovitosť pri zváraní rovnakého materiálu karosérie automobilu.Okrem toho môže tiež zlepšiť problémy, ako je nedostatočné miešanie rôznych materiálov a zlé mechanické vlastnosti zvarov pri zváraní heterogénnych materiálov karosérie automobilu.
Proces zvárania viacerými laserovými lúčmi
V súčasnosti môže byť laser s optickými vláknami rozdelený na viacero laserových lúčov pomocou rozdeľovacieho modulu inštalovaného vo zváracej hlave.Zváranie viacerými laserovými lúčmi je ekvivalentom použitia viacerých zdrojov tepla v procese zvárania, úpravou rozloženia energie lúča môžu rôzne lúče dosiahnuť rôzne funkcie, ako napríklad: lúč s vyššou hustotou energie je hlavným lúčom zodpovedným za hlboké penetračné zváranie;Nižšia hustota energie lúča môže vyčistiť a predhriať povrch materiálu a zvýšiť absorpciu energie laserového lúča materiálom.
Pozinkovaný vysokopevnostný oceľový materiál je široko používaný v karosérii automobilov.Technológia zvárania viacerými laserovými lúčmi môže zlepšiť správanie pri odparovaní pár zinku a dynamické správanie roztaveného kúpeľa v procese zvárania pozinkovaného oceľového plechu, zlepšiť problém rozprašovania a zvýšiť pevnosť zvaru v ťahu.
Proces laserového letového zvárania
Technológia laserového zvárania je nová technológia laserového zvárania, ktorá má vysokú účinnosť zvárania a môže byť navrhnutá samostatne.Základným princípom laserového letového zvárania je, že keď laserový lúč dopadá na X a Y zrkadlá skenovacieho zrkadla, uhol zrkadla je riadený nezávislým programovaním, aby sa dosiahlo vychýlenie laserového lúča v akomkoľvek Uhle.
Tradičné laserové zváranie karosérie automobilu sa spolieha hlavne na synchrónny pohyb laserovej zváracej hlavy poháňanej zváracím robotom, aby sa dosiahol zvárací efekt.Účinnosť zvárania karosérie automobilu je však značne obmedzená opakovaným vratným pohybom zváracieho robota v dôsledku veľkého počtu zvarov a dlhej dĺžky zvarov.Na rozdiel od toho, laserové letové zváranie potrebuje iba nastaviť Uhol zrkadla, aby sa dosiahlo zváranie v určitom rozsahu.Preto technológia laserového letového zvárania môže výrazne zlepšiť účinnosť zvárania a má široké uplatnenie.
Zhrnutie a vyhliadka
S rozvojom automobilového priemyslu sa budúca technológia zvárania karosérií bude naďalej rozvíjať v dvoch aspektoch: proces zvárania a inteligentná technológia.
Karoséria automobilu, najmä karoséria nových energetických vozidiel, sa vyvíja smerom k ľahkej hmotnosti.Ľahké zliatiny, kompozitné materiály a odlišné materiály sa budú vo väčšej miere používať v karosérii automobilov, konvenčný proces laserového zvárania je ťažké splniť jeho požiadavky na zváranie, takže vysokokvalitný a efektívny proces zvárania sa stane budúcim vývojovým trendom.
V posledných rokoch boli vznikajúce procesy laserového zvárania, ako je laserové švihové zváranie, zváranie viacerými laserovými lúčmi, laserové letové zváranie atď., predbežným teoretickým výskumom a skúmaním procesov z hľadiska kvality zvárania a účinnosti zvárania.V budúcnosti je potrebné úzko skombinovať vznikajúci proces laserového zvárania s ľahkými materiálmi a odlišnými materiálmi pri zváraní karosérií automobilov, vykonať hĺbkový výskum návrhu trajektórie výkyvu laserového lúča, akčného mechanizmu energie viacerých laserových lúčov. a zlepšenie účinnosti letového zvárania a preskúmanie vyspelého procesu zvárania karosérií ľahkých automobilov.
Technológia laserového zvárania karosérie automobilu je hlboko integrovaná s inteligentnou technológiou.Vnímanie stavu laserového zvárania karosérie automobilu v reálnom čase a spätná kontrola parametrov procesu zohráva rozhodujúcu úlohu pri kvalite zvárania.Súčasná inteligentná technológia laserového zvárania sa väčšinou používa na plánovanie a sledovanie trajektórie pred zváraním a kontrolu kvality po zváraní.Doma aj v zahraničí je výskum detekcie defektov zvárania a adaptívneho riadenia parametrov stále v počiatočnom štádiu a technológia adaptívneho riadenia parametrov procesu laserového zvárania sa vo výrobe automobilových karosérií neuplatnila.
Preto vzhľadom na aplikačné charakteristiky technológie laserového zvárania v procese zvárania karosérií automobilov by mal byť inteligentný snímací systém pre laserové zváranie s pokročilými multisenzormi ako jadrom a vysokorýchlostný a vysoko presný riadiaci systém zváracieho robota. vyvinuté v budúcnosti, aby zabezpečili reálny čas a presnosť všetkých aspektov inteligentnej technológie laserového zvárania.Otvorte prepojenie „plánovanie trajektórie pred zváraním – parametrická adaptívna kontrola kvality zvárania online detekcia po zváraní“, aby ste zabezpečili vysokokvalitné a efektívne spracovanie.
Čas odoslania: 16. októbra 2023