Като носител на други части на автомобила, технологията на производство на каросерията на автомобила пряко определя цялостното качество на производство на автомобила. В процеса на производство на автомобилни каросерии, заваряването е важен производствен процес. Технологиите за заваряване, използвани в момента за заваряване на автомобилни каросерии, включват главно точково съпротивително заваряване, заваряване в разтопен инертен газ (MIG заваряване) и дъгово заваряване в разтопен активен газ (MAG заваряване), както и лазерно заваряване.
Като усъвършенствана технология за заваряване с оптико-механична интеграция, лазерната заваръчна технология има предимствата на висока енергийна плътност, бърза скорост на заваряване, ниско напрежение и деформация при заваряване и добра гъвкавост в сравнение с традиционната технология за заваряване на автомобилни каросерии.
Структурата на каросерията на автомобила е сложна, а частите на каросерията са предимно тънкостенни и извити компоненти. Заваряването на автомобилни каросерии е изправено пред трудности при заваряване, като например вариации в материалите на каросерията, различна дебелина на частите на каросерията, разнообразни траектории на заваряване и форми на съединенията. Освен това, заваряването на автомобилни каросерии има високи изисквания към качеството на заваряване и ефективността на заваряване.
Въз основа на подходящи параметри на процеса на заваряване, лазерното заваряване може да осигури висока якост на умора и ударна жилавост на ключови части от каросерията на автомобила при заваряване, като по този начин гарантира качеството и експлоатационния живот на заваряването на каросерията. Технологията за лазерно заваряване може да се адаптира към заваряването на части от каросерията на автомобила с различни форми на съединения, различна дебелина и различни видове материали, отговаряйки на търсенето на гъвкавост в производството на автомобилни каросерии. Следователно, технологията за лазерно заваряване е важно техническо средство за постигане на висококачествено развитие на автомобилната индустрия.
Процес на лазерно заваряване на автомобилни каросерии
Принцип на процеса на лазерно дълбоко заваряване с топене: Когато плътността на лазерната мощност достигне определено ниво, повърхността на материала се изпарява, образувайки „ключова дупка“. Когато налягането на металните пари вътре в отвора достигне динамично равновесие със статичното налягане и повърхностното напрежение на околната течност, лазерът може да облъчи през „ключовата дупка“ до дъното на отвора и с движението на лазерния лъч се образува непрекъсната заварка. При процеса на лазерно дълбоко заваряване с топене не е необходимо добавяне на допълнителен флюс или пълнител за заваряване на материала на детайла в едно цяло.
Заваръчният шев, получен чрез лазерно дълбоко заваряване, обикновено е гладък и прав с малка деформация, което благоприятства подобряването на точността на производство на каросерията на автомобила. Якостта на опън на заваръчния шев е висока, което гарантира качеството на заваряване на каросерията на автомобила. Скоростта на заваряване е висока, което благоприятства подобряването на ефективността на заваръчния процес.
В процеса на заваряване на автомобилни каросерии, използването на лазерно дълбоко сливане може значително да намали броя на частите, матриците и заваръчните инструменти, като по този начин намали собственото тегло на каросерията и производствените разходи. Процесът на лазерно дълбоко сливане обаче е по-малко толерантен към монтажната хлабина на заваряваните части и тя трябва да се контролира между 0,05 и 2 мм. Ако монтажната хлабина е твърде голяма, ще се появят дефекти при заваряване, като например порьозност.
Настоящите изследвания показват, че при заваряване на автомобилни каросерии от един и същ материал, чрез оптимизиране на параметрите на процеса на лазерно дълбоко сливане, е възможно да се получи заварка с добро образуване на повърхността, по-малко вътрешни дефекти и отлични механични свойства. Отличните механични свойства на заварката могат да отговорят на изискванията за употреба на заварените компоненти на автомобилните каросерии. Въпреки това, при заваряването на автомобилни каросерии, алуминиевата сплав-стомана, като представител на процеса на лазерно дълбоко сливане на хетерогенни метали, не е достатъчно зряла. Въпреки че чрез добавяне на преходен слой може да се постигнат отлични характеристики на заварката, различните материали на преходния слой влияят върху механизма на IMC слоя и неговия ефект върху микроструктурата на заваръчния механизъм не са ясни и се нуждаят от по-задълбочено проучване.
Процес на заваряване с лазерно пълнене на тел за автомобилни каросерии
Процесът на лазерно заваряване с допълнителен материал се основава на следния принцип: Заварена връзка се образува чрез предварително запълване на заваръчния шев със специфична тел или чрез едновременно подаване на телта по време на процеса на лазерно заваряване. Това е еквивалентно на подаване на приблизително хомогенно количество тел в заваръчната вана по време на лазерно дълбоко стопяване. Диаграмата по-долу показва процеса на лазерно заваряване с допълнителен материал.
В сравнение с лазерното заваряване с дълбоко сливане, лазерното заваряване с пълнител има две предимства при заваряването на автомобилни каросерии: първо, то може значително да подобри толеранса на монтажната хлабина между заваряваните части на каросерията на автомобила и да реши проблема с изискването за голяма скосена хлабина при лазерно заваряване с дълбоко сливане; второ, може да подобри разпределението на тъканта в зоната на заваряване чрез използване на телчета с различен състав и след това да регулира производителността на заваряването.
В процеса на производство на автомобилни каросерии, лазерното заваряване с пълнител се използва главно за заваряване на алуминиеви сплави и стоманени части от каросерията. Особено при процеса на заваряване на алуминиеви сплави на части от автомобилна каросерия, повърхностното напрежение на разтопената вана е малко, което лесно може да доведе до нейното срутване, докато лазерното заваряване с пълнител може по-добре да реши проблема със срутването на разтопената вана чрез разтопяване на телта по време на лазерното заваряване.
Процес на лазерно запояване на автомобилни каросерии
Процесът на лазерно запояване се основава на следния принцип: Използвайки лазер като източник на топлина, лазерният лъч се фокусира и облъчва върху повърхността на телта, телта се топи, разтопената тел капе надолу и запълва заварявания детайл, като между спояващия материал и детайла възникват металургични ефекти като топене и дифузия, като по този начин детайлът се свързва. За разлика от процеса на лазерно заваряване с пълнеж, процесът на лазерно запояване стопява само телта, а не заварявания детайл. Лазерното запояване има добра стабилност на заваряване, но якостта на опън на получения заваръчен шев е ниска. Фигура 3 показва приложението на процеса на лазерно запояване при заваряване на капаци на багажно отделение на автомобили.
В процеса на заваряване на автомобилни каросерии, лазерното запояване се използва главно за заваряване на части от каросерията, които не изискват висока якост на съединението, като например заваряване между горния капак и страничните рамки, заваряване между горната и долната част на капака на багажното отделение и др. Горният капак на VW, Audi и други модели от среден и висок клас използва лазерно запояване.
Основните дефекти в лазерно запоените съединения на автомобилните каросерии включват гризане на ръбове, порьозност, деформация на заваръчния шев и др., като дефектите могат да бъдат значително потиснати чрез регулиране на параметрите на процеса и използване на многофокусен лазерен спояващ процес.
Процес на лазерно-дъгово композитно заваряване на автомобилни каросерии
Принципът на процеса на лазерно-дъгово композитно заваряване е следният: два източника на топлина, лазер и дъга, се използват едновременно за въздействие върху повърхността на заварявания детайл, като детайлът се стопява и втвърдява, за да образува заваръчен шев. Диаграмата по-долу показва процеса на лазерно-дъгово заваряване.
Лазерно-дъговото композитно заваряване съчетава предимствата на лазерното заваряване и дъговото заваряване: първо, под действието на два източника на топлина, скоростта на заваряване може да се увеличи, вложената топлина става по-малка, деформацията на заваръчния шев е малка, запазвайки характеристиките на лазерното заваряване; второ, по-добра способност за преодоляване, по-голяма е толерантността на монтажните фуги; трето, скоростта на втвърдяване на разтопената вана се забавя, което благоприятства елиминирането на пори, пукнатини и други дефекти на заваряването, подобрявайки организацията и производителността на зоната, засегната от топлина. Четвърто, благодарение на дъгата, тя е способна да заварява материали с висока отражателна способност и висока топлопроводимост, с по-широк спектър от прилагани материали.
В процеса на производство на автомобилни каросерии, лазерно-дъговото композитно заваряване е основно заваряване на компоненти от алуминиева сплав на каросерията и разнородни метали от алуминиева сплав - стомана. За монтажната междина на по-големите части на заваряването, като например частта на вратата на автомобила в мястото на заваряване, това е така, защото монтажната междина е благоприятна за преодоляване на лазерно-дъговото композитно заваряване. Освен това, технологията за лазерно-МИГ дъгово композитно заваряване се прилага и върху позицията на страничните греди на покрива на каросерията на Audi.
В процеса на заваряване на автомобилни каросерии, лазерно-дъговото композитно заваряване има предимството на голямата толеранс на пролука в сравнение с еднократното лазерно заваряване, но изисква цялостно отчитане на относителното положение на лазера и дъгата, параметрите на лазерното заваряване, параметрите на дъгата и други фактори. Поведението на топло- и масопреноса при лазерно-дъговото заваряване е сложно, особено регулирането на енергията при заваряване на хетерогенни материали и механизмът на регулиране на дебелината на IMC и тъканите все още не са изяснени и изискват по-нататъшно засилване на изследванията.
Други процеси за лазерно заваряване на автомобилни каросерии
Лазерното дълбоко сливане, лазерното заваряване с пълнител, лазерното запояване, лазерно-дъговото композитно заваряване и други заваръчни процеси имат по-зряла теория и широк спектър от практически приложения. С нарастването на изискванията на автомобилната индустрия за ефективност на заваряване на каросерии и нарастващото търсене на заваряване на разнородни материали в леката промишленост, лазерното точково заваряване, лазерното осцилационно заваряване, многолазерното лъчево заваряване и лазерното заваряване с полет привличат все повече внимание.
Процес на лазерно точково заваряване
Лазерното точково заваряване е усъвършенствана технология за лазерно заваряване с изключителни предимства като бърза скорост на заваряване и висока точност на заваряване. Основният принцип на лазерното точково заваряване е фокусирането на лазерния лъч върху точка от заваряваната част, така че металът в тази точка да се разтопи мигновено. Чрез регулиране на лазерната плътност се постига ефект на топлопроводимо заваряване или дълбоко сливане. Когато лазерният лъч спре да работи, течният метал се връща обратно, втвърдява се и образува съединение.
Съществуват две основни форми на лазерно точково заваряване: импулсно лазерно точково заваряване и непрекъснато лазерно точково заваряване. Лазерният лъч при импулсното лазерно точково заваряване има висока пикова енергия, но времето на действие е кратко и обикновено се използва за заваряване на леки метали като магнезиеви сплави и алуминиеви сплави. При непрекъснатото лазерно точково заваряване лазерният лъч има висока средна мощност и дълго време на действие и се използва най-вече за заваряване на стомана.
При заваряването на автомобилни каросерии, в сравнение с точковото съпротивление, лазерното точково заваряване има предимствата на безконтактното и самостоятелно проектирано точково заваряване, което може да отговори на изискванията за висококачествено заваряване при различни фуги на припокриване на материалите на автомобилните каросерии.
Процес на лазерно осцилиращо заваряване
Лазерното осцилиращо заваряване е нова технология за лазерно заваряване, предложена през последните години и получила широко внимание. Принципът на тази технология е да се постигне бързо, подредено и малко осцилиране на лазерния лъч чрез интегриране на осцилиращо огледало в лазерната заваръчна глава, като по този начин се постига ефектът на разбъркване на лъча, докато се движи напред по време на лазерно заваряване.
Основните траектории на трептене в процеса на лазерно осцилиращо заваряване включват: напречно трептене, надлъжно трептене, кръгово трептене и безкрайно трептене. Процесът на лазерно осцилиращо заваряване има значителни предимства при заваряването на автомобилни каросерии, тъй като състоянието на потока на стопилката се променя значително от трептенето на лазерния лъч, така че процесът може да елиминира неслепени дефекти, да постигне рафиниране на зърната и да потисне порьозността при заваряване на един и същ материал на автомобилната каросерия, както и да подобри проблемите с недостатъчното смесване на различни материали и лошите механични свойства на заваръчния шев при заваряване на различни материали на автомобилната каросерия.
Процес на многолъчево заваряване
В момента фибро лазерите могат да се използват за разделяне на един лазерен лъч на множество лазерни лъчи, като се използва модул за разделяне на лъча, инсталиран в заваръчната глава. Многолазерното заваряване е еквивалентно на прилагането на множество източници на топлина в процеса на заваряване. Чрез регулиране на разпределението на енергията на лъча, различните лъчи могат да постигнат различни функции, като например: лъчът с по-висока енергийна плътност е основният лъч, отговорен за дълбоко стопено заваряване; подлъчът с по-ниска енергийна плътност може да почисти и предварително загрее повърхността на материала и да увеличи абсорбцията на енергията на лазерния лъч от материала.
Процесът на многолазерно заваряване може да подобри поведението на изпаряване на цинковите пари и динамичното поведение на стопилката по време на заваряване на поцинковани стоманени листове, да подобри проблема с разпръскването и да повиши якостта на опън на заваръчния шев.
Процес на лазерно заваряване
Технологията за лазерно заваряване с подвижен лъч е нова технология за лазерно заваряване с висока ефективност на заваряване и автономно проектиране на траекторията на заваряване. Основният принцип на лазерното заваряване с подвижен лъч е, че когато лазерният лъч падне върху X и Y огледалата на сканиращото огледало, ъгълът на огледалото се контролира чрез автономно програмиране, за да се постигне отклонение на лазерния лъч под всякакъв ъгъл.
Традиционно, лазерното заваряване на автомобилни каросерии разчита главно на заваръчния робот, който да задвижва лазерната заваръчна глава за синхронно движение, за да се постигне заваръчният ефект. Повтарящото се възвратно-постъпателно движение на заваръчния робот обаче силно ограничава ефективността на заваряването на автомобилни каросерии поради големия брой заваръчни шевове и голямата им дължина. За разлика от това, лазерното заваряване с плъзгане може да се постигне в определен диапазон чрез просто регулиране на ъгъла на рефлектора. Следователно, технологията за лазерно заваряване с плъзгане може значително да подобри ефективността на заваряването и има широки перспективи за приложение.
Обобщение
С развитието на автомобилната индустрия, бъдещето на технологията за заваряване на каросерии ще продължи да се развива както в процеса на заваряване, така и в интелигентните технологии.
Автомобилните каросерии, особено каросериите на превозните средства с нова енергия, се развиват в посока на леко тегло. Леките сплави, композитните материали и хетерогенните материали ще бъдат все по-широко използвани в автомобилните каросерии, а конвенционалният лазерен процес на заваряване е труден за изпълнение на изискванията за заваряване, така че висококачественият и ефективен процес на заваряване ще се превърне в бъдеща тенденция в развитието.
През последните години, нововъзникващите процеси на лазерно заваряване, като лазерно заваряване с люлеене, многолъчево заваряване, лазерно заваряване с подвижен лъч и др., са били обект на първоначални теоретични изследвания и проучвания на процеса, насочени към качеството на заваряване и ефективността на заваряването. Бъдещето изисква задълбочени изследвания, за да се изследват и усъвършенстват процесите на заваряване на леки материали за автомобилни каросерии, заваряване на хетерогенни материали и други, както и проектиране на траекторията на люлеене на лазерния лъч, механизми за действие на енергията на многолъчевия лазерен лъч и подобряване на ефективността на заваряването с подвижен лъч, както и други аспекти на зрял процес на заваряване на леки автомобилни каросерии.
Технологията за лазерно заваряване на автомобилни каросерии се интегрира дълбоко с интелигентни технологии, като отчитането в реално време на състоянието на лазерното заваряване на автомобилни каросерии и контролът с обратна връзка на параметрите на процеса играят решаваща роля за качеството на заваряване. Съвременната интелигентна технология за лазерно заваряване се използва най-вече за планиране и проследяване на траекторията преди заваряване, както и за проверка на качеството след заваряване. Местните и чуждестранните изследвания в областта на откриването на дефекти при заваряване и адаптивното регулиране на параметрите все още са в начален стадий, а технологията за адаптивно управление на параметрите на процеса на лазерно заваряване не е приложена в производството на автомобилни каросерии.
Следователно, за прилагането на технологията за лазерно заваряване в характеристиките на процеса на заваряване на автомобилни каросерии, бъдещето трябва да бъде разработено с усъвършенствана многосензорна интелигентна система за лазерно заваряване с ядро и високоскоростна система за управление на високопрецизен заваръчен робот, за да се гарантира, че интелигентната технология за лазерно заваряване е в реално време и точността на всяка връзка, чрез връзката „планиране на траекторията преди заваряване - адаптивен контрол на параметрите на заваряване - онлайн проверка на качеството след заваряване“, за да се осигури високо качество и ефективна обработка.
Компанията за лазерна автоматизация Maven се фокусира върху лазерната индустрия от 14 години. Ние сме специализирани в лазерно заваряване. Разполагаме с роботизирана машина за лазерно заваряване, настолна автоматична машина за лазерно заваряване, ръчна машина за лазерно заваряване. Освен това разполагаме и с машина за лазерно заваряване, машина за лазерно рязане и машина за лазерно маркиране и гравиране. Имаме много решения за лазерно заваряване. Ако се интересувате, винаги можете да се свържете с нас.
Време на публикуване: 09 декември 2022 г.
