Восем працэсаў лазернай зваркі ў вытворчасці аўтамабільных кузаваў

Уводзіны

Паколькі кузаў з'яўляецца носьбітам іншых частак аўтамабіля, тэхналогія яго вырабу непасрэдна вызначае агульную якасць вырабу аўтамабіля.Важным вытворчым працэсам у працэсе вырабу аўтамабільных кузаваў з'яўляецца зварка.У цяперашні час тэхналогіі зваркі, якія выкарыстоўваюцца для зваркі аўтамабільных кузаваў, у асноўным ўключаюць кропкавую зварку супраціўленнем, зварку MIG, зварку MAG і лазерную зварку.

Тэхналогія лазернай зваркі ў якасці ўдасканаленай оптаэлектрамеханічнай інтэграцыйнай тэхналогіі зваркі ў параўнанні з традыцыйнай тэхналогіяй зваркі кузава аўтамабіляў мае такія перавагі, як высокая шчыльнасць энергіі, высокая хуткасць зваркі, невялікія зварачныя напружання і дэфармацыі, а таксама добрая гнуткасць.

Будова кузава аўтамабіля складаная, а яго кампаненты ў асноўным танкасценныя і выгнутыя.Зварка кузава аўтамабіля сутыкаецца з некаторымі цяжкасцямі, такімі як змяненне матэрыялу кузава, розная таўшчыня дэталяў кузава, разнастайнасць траекторыі зваркі і формы злучэнняў.Акрамя таго, зварка аўтамабільных кузаваў прад'яўляе высокія патрабаванні да якасці зваркі і эфектыўнасці зваркі.

На падставе адпаведных параметраў працэсу зваркі лазерная зварка можа забяспечыць высокую трываласць на стомленасць і ўдарную глейкасць ключавых кампанентаў кузава аўтамабіля, каб забяспечыць якасць зваркі і тэрмін службы кузава аўтамабіля.Тэхналогія лазернай зваркі можа адаптавацца да розных формаў злучэнняў, рознай таўшчыні і розных тыпаў матэрыялаў для зваркі дэталяў кузава аўтамабіляў, каб задаволіць гнуткія патрэбы вытворчасці кузаваў аўтамабіляў.Такім чынам, тэхналогія лазернай зваркі з'яўляецца важным тэхнічным сродкам для дасягнення якаснага развіцця аўтамабільнай прамысловасці.

Тэхналогія лазернай зваркі кузава аўтамабіля

Тэхналогія лазернай зваркі кузава аўтамабіляў глыбокім пранікненнем

Прынцып працэсу лазернай зваркі глыбокім пранікненнем (малюнак 1) заключаецца ў наступным: калі шчыльнасць магутнасці лазера дасягае пэўнага ўзроўню, паверхня матэрыялу выпараецца, утвараючы замочную шчыліну.Калі ціск пароў металу ў адтуліне дасягае дынамічнага балансу са статычным ціскам і павярхоўным нацяжэннем навакольнай вадкасці, лазер можа быць апраменены на дно адтуліны праз замочную свідравіну, і пры руху лазернага прамяня бесперапынны утворыцца зварной шво.У працэсе лазернай зваркі глыбокім пранікненнем няма неабходнасці дадаваць дапаможны флюс або напаўняльнік, і ўласныя матэрыялы нарыхтоўкі можна зварваць разам.

              ФІГ.1 Прынцыповая схема працэсу лазернай зваркі глыбокім праплавленнем

Зварны шво, атрыманы з дапамогай лазернай зваркі з глыбокім пранікненнем, звычайна гладкі і прамы, а дэфармацыя невялікая, што спрыяе павышэнню дакладнасці вырабу кузава аўтамабіля.Высокая трываласць шва на разрыў забяспечвае якасць зваркі кузава аўтамабіля.Хуткасць зваркі высокая, што спрыяе павышэнню эфектыўнасці зварачнага вытворчасці.

У працэсе зваркі кузава аўтамабіля выкарыстанне працэсу лазернай зваркі глыбокім пранікненнем можа значна скараціць колькасць дэталяў, прэс-формаў і зварачных інструментаў, тым самым зніжаючы масу кузава і выдаткі вытворчасці.Аднак працэс лазернай зваркі з глыбокім пранікненнем мае дрэнны допуск для зборачнага зазору зварных частак, і зборачны зазор неабходна кантраляваць ад 0,05 да 2 мм.Калі зазор пры зборцы занадта вялікі, узнікнуць дэфекты зваркі, такія як пары.

Цяперашнія даследаванні паказваюць, што зварны шво з добрым фарміраваннем паверхні, меншай колькасцю ўнутраных дэфектаў і выдатнымі механічнымі ўласцівасцямі можна атрымаць шляхам аптымізацыі параметраў працэсу лазернай зваркі глыбокім пранікненнем пры зварцы таго ж матэрыялу кузава аўтамабіля.Выдатныя механічныя ўласцівасці зварнога шва могуць задаволіць патрэбы зварачных кампанентаў кузава аўтамабіля.Аднак пры зварцы аўтамабільных кузаваў тэхналогія лазернай зваркі глыбокім пранікненнем розных металаў, прадстаўленая алюмініевым сплавам і сталі, яшчэ не сталая.Нягледзячы на ​​тое, што зварныя швы з выдатнымі характарыстыкамі могуць быць атрыманы шляхам дадання пераходных слаёў, механізм уплыву розных матэрыялаў пераходнага пласта на пласт IMC і механізм іх дзеяння на мікраструктуру зварнога шва не ясныя, і неабходныя далейшыя даследаванні.

Працэс лазернай зваркі кузава аўтамабіля

Прынцып працэсу лазернай зваркі прысадкавай дротам заключаецца ў наступным: зварное злучэнне ўтвараецца шляхам папярэдняга запаўнення зварачнага шва спецыяльнай зварачнай дроту або адначасовай падачы зварачнай дроту ў працэсе лазернай зваркі.Гэта эквівалентна ўводу прыкладна аднастайнага матэрыялу зварачнага дроту ў зварачную ванну падчас лазернай зваркі глыбокім пранікненнем.Прынцыповая схема працэсу лазернай зваркі прысадкавай дротам паказана на малюнку 2.

ФІГ.2 Прынцыповая схема працэсу запаўнення лазернай дротам зваркі

У параўнанні з лазернай зваркай глыбокім пранікненнем лазерная зварка з напаўненнем дроту мае дзве перавагі ў зварцы кузава аўтамабіляў: па-першае, яна можа значна палепшыць допуск зборачнага зазору паміж дэталямі кузава аўтамабіля, якія зварваюцца, і вырашыць праблему лазернай зваркі глыбокім пранікненнем. патрабуецца занадта вялікі зазор канаўкі;Па-другое, размеркаванне тканіны ў вобласці зварнога шва можа быць палепшана з дапамогай зварачных дротаў з розным утрыманнем складу, і тады можна рэгуляваць прадукцыйнасць зварнога шва.

У працэсе вытворчасці аўтамабільных кузаваў працэс зваркі лазернай дротам у асноўным выкарыстоўваецца для зваркі алюмініевых сплаваў і сталёвых частак кузава.Асабліва ў працэсе зваркі дэталяў кузава аўтамабіля з алюмініевага сплаву павярхоўнае нацяжэнне расплаўленай ванны невялікае, што лёгка можа прывесці да калапсу расплаўленай ванны, а працэс зваркі лазернай дротам можа лепш вырашыць праблему калапсу расплаўленай ванны. шляхам расплаўлення зварачнай дроту.

Тэхналогія лазернай пайкі кузава аўтамабіля

Прынцып працэсу лазернай пайкі заключаецца ў наступным: лазер выкарыстоўваецца ў якасці крыніцы цяпла, лазерны прамень асвятляецца на паверхню зварачнага дроту пасля факусоўкі, зварачны дрот плавіцца, расплаўлены дрот апускаецца і запаўняецца паміж дэталі, якія зварваюцца, і металургічныя эфекты, такія як плаўленне і дыфузія, адбываюцца паміж прысадачным металам і нарыхтоўкай, так што нарыхтоўка злучаецца.У адрозненне ад працэсу лазернай зваркі з напаўненнем дроту, працэс лазернай пайкі расплаўляе толькі дрот, а не расплавляе нарыхтоўку, якую трэба зварыць.Лазерная пайка мае добрую стабільнасць пры зварцы, але трываласць на расцяжэнне зварнога шва нізкая.ФІГ.3 паказвае прымяненне працэсу лазернай пайкі пры зварцы вечка багажніка аўтамабіля.

ФІГ.3 Прымяненне лазернай пайкі ў аўтамабілі: (а) лазерная зварка задняга капота;(б) Прынцыповая схема лазернай пайкі

У працэсе зваркі кузава аўтамабіля працэс лазернай пайкі - гэта ў асноўным зварка частак кузава з нізкімі патрабаваннямі да трываласці злучэння, такіх як зварка паміж верхняй вечкам і бакавой сценкай кузава, зварка паміж верхняй і ніжняй часткамі багажніка. вечка і г.д., Volkswagen, Audi і іншыя мадэлі высокага класа верхняга вечка выкарыстоўваюць працэс лазернай пайкі.

Асноўныя дэфекты шва зваркі кузава аўтамабіля пры лазернай пайцы ўключаюць у сябе прыкус краёў, сітаватасць, дэфармацыю зварнога шва і г. д. Дэфекты можна відавочна ліквідаваць шляхам рэгулявання параметраў працэсу і выкарыстання шматфакусавага працэсу лазернай пайкі.

Тэхналогія лазерна-дугавой кампазітнай зваркі кузава аўтамабіля

Прынцып працэсу лазерна-дугавой кампазітнай зваркі заключаецца ў наступным: з дапамогай двух крыніц цяпла - лазера і дугі, якія адначасова ўздзейнічаюць на паверхню зварваемай дэталі, нарыхтоўка расплавляецца і застывае з адукацыяй зварнога шва.На малюнку 4 паказана прынцыповая схема працэсу лазерна-дугавой зваркі кампазітаў.

ФІГ.4 Прынцыповая схема працэсу лазерна-дугавой зваркі кампазітаў

Лазерна-дугавая кампазітная зварка мае перавагі як лазернай зваркі, так і дугавой зваркі: па-першае, пад дзеяннем падвойных крыніц цяпла паляпшаецца хуткасць зваркі, цеплаўвядзенне невялікае, дэфармацыя зварнога шва невялікая, а характарыстыкі лазернай зваркі падтрымліваюцца;Па-другое, ён мае лепшую здольнасць пераадолення і вялікую талерантнасць да зазору зборкі;Па-трэцяе, хуткасць зацвярдзення расплаўленай ванны нізкая, што спрыяе ліквідацыі дэфектаў зваркі, такіх як пары і расколіны, і паляпшэнню структуры і характарыстык зоны цеплавога ўздзеяння.Па-чацвёртае, з-за эфекту дугі, ён можа зварваць матэрыялы з высокай адбівальнай здольнасцю і высокай цеплаправоднасцю, а спектр прымянення матэрыялаў больш шырокі.

У працэсе вытворчасці аўтамабільных кузаваў працэс лазерна-дугавой кампазітнай зваркі галоўным чынам прызначаны для зваркі кампанентаў кузава з алюмініевых сплаваў і разнастайных металаў з алюмініевай сталі, а зварка выконваецца для дэталяў з вялікімі мантажнымі зазорамі, такіх як зварка дэталяў дзверы аўтамабіля, таму што зборка разрыў спрыяе гульні моста прадукцыйнасці лазерна-дугавой кампазітнай зваркі.Акрамя таго, тэхналогія дугавой кампазітнай зваркі лазерам MIG таксама прымяняецца да бакавой верхняй бэлькі кузава Audi.

У працэсе зваркі кузава аўтамабіля лазерна-дугавая кампазітная зварка мае перавагу большай цярпімасці да зазораў, чым адна лазерная зварка, але адноснае размяшчэнне лазера і дугі, параметры лазернай зваркі, параметры дугі і іншыя фактары павінны разглядацца комплексна.Паводзіны цепла- і масаабмену пры лазерна-дугавой зварцы з'яўляюцца складанымі, асабліва механізм рэгулявання энергіі і рэгулявання таўшчыні IMC і структуры пры зварцы разнародных матэрыялаў да гэтага часу незразумелы, і неабходныя далейшыя даследаванні.

Іншыя працэсы лазернай зваркі аўтамабільных кузаваў

Лазерная зварка глыбокім пранікненнем, лазерная зварка з напаўненнем дроту, лазерная пайка і лазерна-дугавая зварка кампазітных матэрыялаў і іншыя працэсы зваркі маюць больш спелую тэорыю і шырокае практычнае прымяненне.З павышэннем патрабаванняў аўтамабільнай прамысловасці да эфектыўнасці зваркі кузаваў і павелічэннем попыту на зварку разнародных матэрыялаў у вытворчасці лёгкіх аўтамабіляў звяртаецца ўвага на лазерную кропкавую зварку, лазерную паваротную зварку, шматлазерную прамянёвую зварку і лазерную палётную зварку. каб.

Працэс лазернай кропкавай зваркі 

Лазерная кропкавая зварка - гэта перадавая тэхналогія лазернай зваркі, якая мае такія перавагі, як высокая хуткасць зваркі і высокая дакладнасць зваркі.Асноўны прынцып лазернай кропкавай зваркі заключаецца ў факусіроўцы лазернага прамяня ў пэўнай кропцы зварваемай дэталі, каб метал у гэтай кропцы імгненна расплавіўся, рэгулюючы шчыльнасць лазера для дасягнення эфекту зваркі цеплаправоднасцю або зваркі глыбокім плаўленнем , калі лазерны прамень спыняе дзеянне, вадкі метал пераплаўляецца, зацвярдзеючы, утвараючы злучэнне.

Ёсць дзве асноўныя формы лазернай кропкавай зваркі: імпульсная лазерная кропкавая зварка і бесперапынная лазерная кропкавая зварка.Пікавая энергія лазернага прамяня імпульснай лазернай кропкавай зваркі высокая, але час дзеяння кароткі, звычайна выкарыстоўваецца для зваркі магніевых сплаваў, алюмініевых сплаваў і іншых лёгкіх металаў.Сярэдняя магутнасць лазернага прамяня пры бесперапыннай лазернай кропкавай зварцы высокая, час дзеяння лазера вялікі, і ён шырока выкарыстоўваецца пры зварцы сталі.

З пункту гледжання зваркі кузава аўтамабіляў, у параўнанні з кропкавай зваркай супраціўленнем, лазерная кропкавая зварка мае такія перавагі, як бескантактавая, траекторыя кропкавай зваркі можа быць распрацавана незалежна адзін ад аднаго і г.д., што можа адпавядаць патрабаванням якаснай зваркі пры розных зазорах нахлеста аўтамабільныя кузаўныя матэрыялы.

Працэс лазернай паваротнай зваркі

Лазерная паваротная зварка - гэта новая тэхналогія лазернай зваркі, прапанаваная ў апошнія гады, якая выклікала вялікую заклапочанасць.Прынцып гэтай тэхналогіі: дзякуючы інтэграцыі групы гальванометраў на лазернай зварачнай галоўцы лазерны прамень хутка, упарадкавана і ў невялікім дыяпазоне, каб дасягнуць эфекту руху лазернага прамяня наперад пры мяшанні.

Асноўныя траекторыі ваганняў у працэсе лазернай вагальнай зваркі ўключаюць папярочныя, падоўжныя, кругавыя і бясконцыя ваганні.Працэс лазернай паваротнай зваркі мае значныя перавагі пры зварцы кузава аўтамабіля.Пад дзеяннем ваганняў лазернага прамяня істотна змяняецца стан патоку расплаўленай ванны.Такім чынам, гэты працэс можа не толькі ліквідаваць нерасплаўлены дэфект, дасягнуць драбнення збожжа і здушыць сітаватасць пры зварцы таго ж матэрыялу кузава аўтамабіля.Акрамя таго, гэта таксама можа палепшыць такія праблемы, як недастатковае змешванне розных матэрыялаў і дрэнныя механічныя ўласцівасці зварных швоў пры зварцы неаднародных матэрыялаў кузава аўтамабіля.

 Шматлазерны працэс зваркі

У цяперашні час валаконна-аптычны лазер можна падзяліць на некалькі лазерных прамянёў з дапамогай модуля раздзяляльніка, усталяванага ў зварачнай галоўцы.Шматлазерная прамянёвая зварка эквівалентная прымяненню некалькіх крыніц цяпла ў працэсе зваркі, рэгулюючы размеркаванне энергіі прамяня, розныя прамяні могуць выконваць розныя функцыі, такія як: прамень з больш высокай шчыльнасцю энергіі з'яўляецца асноўным прамянём, адказным за глыбокія зварка праплавленнем;Больш нізкая шчыльнасць энергіі прамяня можа ачысціць і папярэдне нагрэць паверхню матэрыялу, а таксама павялічыць паглынанне энергіі лазернага прамяня матэрыялам.

Матэрыял з ацынкаванай высокатрывалай сталі шырока выкарыстоўваецца ў аўтамабільных кузавах.Тэхналогія зваркі з некалькімі лазернымі прамянямі можа палепшыць паводзіны пары цынку пры выпарэнні і дынамічныя паводзіны расплаўленай ванны ў працэсе зваркі ацынкаванай сталёвай пласціны, вырашыць праблему распылення і павысіць трываласць шва на разрыў.

 Працэс лазернай палётнай зваркі

Тэхналогія лазернай зваркі - гэта новая тэхналогія лазернай зваркі, якая мае высокую эфектыўнасць зваркі і можа быць распрацавана самастойна.Асноўны прынцып лазернай палётнай зваркі заключаецца ў тым, што калі лазерны прамень падае на люстэркі X і Y сканіруючага люстэрка, кут нахілу люстэрка кіруецца шляхам незалежнага праграмавання для дасягнення адхілення лазернага прамяня пад любым вуглом.

Традыцыйная лазерная зварка кузава аўтамабіля ў асноўным абапіраецца на сінхронны рух лазернай зварачнай галоўкі, якая кіруецца зварачным робатам, для дасягнення эфекту зваркі.Аднак эфектыўнасць зваркі кузава аўтамабіля сур'ёзна абмежаваная паўторнымі зваротна-паступальнымі рухамі зварачнага робата з-за вялікай колькасці зварных швоў і вялікай даўжыні зварных швоў.Наадварот, лазерная зварка павінна толькі рэгуляваць кут нахілу люстэрка, каб дасягнуць зваркі ў пэўным дыяпазоне.Такім чынам, тэхналогія лазернай лятальнай зваркі дазваляе значна павысіць эфектыўнасць зваркі і мае шырокія перспектывы прымянення.

Рэзюмэ і перспектыва

З развіццём аўтамабільнай прамысловасці будучая тэхналогія зваркі кузаваў будзе працягваць развівацца ў двух аспектах: працэс зваркі і інтэлектуальная тэхналогія.

Аўтамабільны кузаў, асабліва новы энергетычны кузаў, развіваецца ў напрамку палегчанасці.Лёгкія сплавы, кампазітныя матэрыялы і разнастайныя матэрыялы будуць больш шырока выкарыстоўвацца ў аўтамабільных кузавах, звычайны працэс лазернай зваркі цяжка задаволіць патрабаванні да зваркі, таму высакаякасны і эфектыўны працэс зваркі стане будучай тэндэнцыяй развіцця.

У апошнія гады новыя працэсы лазернай зваркі, такія як лазерная зварка паваротным ходам, зварка з некалькімі лазернымі прамянямі, лазерная зварка і г.д., былі папярэднімі тэарэтычнымі даследаваннямі і вывучэннем працэсу з пункту гледжання якасці і эфектыўнасці зваркі.У будучыні неабходна цесна аб'яднаць новы працэс лазернай зваркі з сцэнамі зваркі лёгкіх і разнародных матэрыялаў кузава аўтамабіля, правесці глыбокія даследаванні па распрацоўцы траекторыі ваганняў лазернага прамяня, механізму дзеяння энергіі шматлазернага прамяня. і павышэнне эфектыўнасці зваркі ў палёце, а таксама вывучыць развіты працэс зваркі лёгкіх аўтамабільных кузаваў.

Тэхналогія лазернай зваркі кузава аўтамабіля глыбока інтэграваная з інтэлектуальнай тэхналогіяй.Успрыманне стану лазернай зваркі кузава аўтамабіля ў рэжыме рэальнага часу і кантроль параметраў працэсу па зваротнай сувязі гуляюць вырашальную ролю ў якасці зваркі.Сучасная інтэлектуальная тэхналогія лазернай зваркі ў асноўным выкарыстоўваецца для планавання і адсочвання траекторыі перад зваркай, а таксама кантролю якасці пасля зваркі.У краіне і за мяжой даследаванні па выяўленні дэфектаў зваркі і адаптыўным кантролі параметраў усё яшчэ знаходзяцца на пачатковай стадыі, а тэхналогія адаптыўнага кантролю параметраў працэсу лазернай зваркі не прымянялася ў вытворчасці аўтамабільных кузаваў.

Такім чынам, улічваючы характарыстыкі прымянення тэхналогіі лазернай зваркі ў працэсе зваркі кузава аўтамабіляў, неабходна стварыць інтэлектуальную сістэму датчыкаў для лазернай зваркі з удасканаленымі мультыдатчыкамі ў якасці ядра і сістэмай кіравання высокахуткасным і высокадакладным зварачным робатам. распрацавана ў будучыні, каб забяспечыць у рэжыме рэальнага часу і дакладнасць усіх аспектаў інтэлектуальнай тэхналогіі лазернай зваркі.Каб забяспечыць якасную і эфектыўную апрацоўку, перайдзіце па спасылцы «Планаванне траекторыі перад зваркай - адаптыўны кантроль параметраў якасці зваркі онлайн пасля зваркі».