Vuit processos de soldadura làser en la fabricació de carrosseries d'automòbils

Introducció

Com que la carrosseria del vehicle és el portador d'altres parts del vehicle, la seva tecnologia de fabricació determina directament la qualitat de fabricació global del vehicle.La soldadura és un procés de producció important en el procés de fabricació de carrosseries d'automòbils.Actualment, les tecnologies de soldadura utilitzades per a la soldadura de carrosseries d'automòbils inclouen principalment la soldadura per punts per resistència, la soldadura MIG, la soldadura MAG i la soldadura làser.

La tecnologia de soldadura per làser com a tecnologia de soldadura d'integració optoelectromecànica avançada, en comparació amb la tecnologia tradicional de soldadura de carrosseria d'automòbil, té els avantatges d'una alta densitat d'energia, velocitat de soldadura ràpida, una petita tensió i deformació de soldadura i una bona flexibilitat.

L'estructura de la carrosseria de l'automòbil és complexa i els seus components són principalment de parets primes i corbes.La soldadura de carrosseria d'automòbils s'enfronta a algunes dificultats, com ara canvis en el material de la carrosseria, diferents gruixos de les parts del cos, trajectòria de soldadura diversificada i formes d'articulació.A més, la soldadura de carrosseria d'automòbil té uns alts requisits de qualitat i eficiència de soldadura.

A partir dels paràmetres adequats del procés de soldadura, la soldadura per làser pot garantir l'alta resistència a la fatiga i la resistència a l'impacte dels components clau de la carrosseria del cotxe, per garantir la qualitat de la soldadura i la vida útil de la carrosseria.La tecnologia de soldadura per làser pot adaptar-se a diferents formes d'articulació, diferents gruixos i diferents tipus de materials de soldadura de peces de carrosseria per satisfer les necessitats flexibles de la fabricació de carrosseries.Per tant, la tecnologia de soldadura làser és un mitjà tècnic important per aconseguir un desenvolupament d'alta qualitat de la indústria de l'automòbil.

Tecnologia de soldadura làser de la carrosseria de l'automòbil

Tecnologia làser de soldadura de penetració profunda de la carrosseria de l'automòbil

El principi del procés de soldadura per penetració profunda del làser (figura 1) és el següent: quan la densitat de potència del làser arriba a un cert nivell, la superfície del material es vaporitza, formant un forat de pany.Quan la pressió de vapor metàl·lic al forat arriba a un equilibri dinàmic amb la pressió estàtica i la tensió superficial del líquid circumdant, el làser es pot irradiar a la part inferior del forat a través del forat i amb el moviment del raig làser, un es forma la soldadura.Durant el procés de soldadura de penetració profunda per làser, no cal afegir flux auxiliar ni farciment, i els materials propis de la peça es poden soldar.

              FIG.1 Diagrama esquemàtic del procés de soldadura per penetració profunda per làser

La soldadura obtinguda mitjançant la soldadura de penetració profunda per làser és generalment llisa i recta, i la deformació és petita, cosa que ajuda a millorar la precisió de fabricació de la carrosseria de l'automòbil.L'alta resistència a la tracció de la soldadura garanteix la qualitat de la soldadura de la carrosseria de l'automòbil.La velocitat de soldadura és ràpida, cosa que ajuda a millorar l'eficiència de la producció de soldadura.

En el procés de soldadura de carrosseria d'automòbil, l'ús del procés de soldadura de penetració profunda per làser pot reduir considerablement el nombre de peces, motlles i eines de soldadura, reduint així el pes corporal i els costos de producció.Tanmateix, el procés de soldadura de penetració profunda per làser té una mala tolerància per a la bretxa de muntatge de les peces soldades, i la bretxa de muntatge s'ha de controlar entre 0,05 i 2 mm.Si l'espai de muntatge és massa gran, es produiran defectes de soldadura com ara porus.

La investigació actual mostra que la soldadura amb una bona formació superficial, menys defectes interns i excel·lents propietats mecàniques es pot obtenir optimitzant els paràmetres del procés de soldadura làser de penetració profunda en la soldadura del mateix material de la carrosseria de l'automòbil.Les excel·lents propietats mecàniques de la soldadura poden satisfer les necessitats dels components de soldadura de la carrosseria de l'automòbil.Tanmateix, en la soldadura de carrosseries d'automòbils, la tecnologia de soldadura de penetració profunda làser metàl·lica diferent representada per l'aliatge d'alumini i l'acer no està madura.Tot i que es poden obtenir costures de soldadura amb un rendiment excel·lent afegint capes de transició, el mecanisme d'influència de diferents materials de capes de transició a la capa IMC i el seu mecanisme d'acció sobre la microestructura de la soldadura no estan clars, i cal més investigació.

Procés de soldadura per farciment de filferro làser de carrosseria d'automòbil

El principi del procés de soldadura de filferro d'ompliment làser és el següent: es forma una unió soldada omplint prèviament un cable de soldadura específic a la soldadura o alimentant el filferro de soldadura simultàniament durant el procés de soldadura per làser.Això equival a introduir material de filferro de soldadura aproximadament homogeni a la piscina de soldadura durant la soldadura de penetració profunda per làser.El diagrama esquemàtic del procés de soldadura del fil de farciment làser es mostra a la figura 2.

FIG.2 Diagrama esquemàtic del procés de soldadura d'ompliment de fil làser

En comparació amb la soldadura de penetració profunda per làser, la soldadura d'ompliment de filferro làser té dos avantatges en la soldadura de carrosseria automàtica: en primer lloc, pot millorar considerablement la tolerància de la bretxa de muntatge entre les parts de la carrosseria de l'automòbil a soldar i resoldre el problema de la soldadura de penetració profunda per làser. requereix massa espai lliure de solc;En segon lloc, es pot millorar la distribució del teixit de la zona de soldadura mitjançant l'ús de filferros de soldadura amb diferents continguts de composició i, a continuació, es pot regular el rendiment de la soldadura.

En el procés de fabricació de carrosseries d'automòbils, el procés de soldadura per farciment de filferro làser s'utilitza principalment per soldar peces d'aliatge d'alumini i acer de la carrosseria.Especialment en el procés de soldadura de peces d'aliatge d'alumini de la carrosseria de l'automòbil, la tensió superficial de la piscina fosa és petita, cosa que és fàcil de provocar el col·lapse de la piscina fosa, i el procés de soldadura d'ompliment de filferro làser pot resoldre millor el problema del col·lapse de la piscina fosa. fonent el fil de soldadura.

Tecnologia de soldadura làser de la carrosseria de l'automòbil

El principi del procés de soldadura làser és el següent: el làser s'utilitza com a font de calor, el feix làser s'il·lumina a la superfície del filferro de soldadura després de centrar-se, el filferro de soldadura es fon, el filferro fos cau i s'omple entre els peces a soldar, i efectes metal·lúrgics com la fusió i la difusió es produeixen entre el metall d'aportació i la peça de treball, de manera que la peça de treball està connectada.A diferència del procés de soldadura per farciment de filferro làser, el procés de soldadura per làser només fon el filferro i no fon la peça a soldar.La soldadura làser té una bona estabilitat de soldadura, però la resistència a la tracció de la soldadura és baixa.FIG.La figura 3 mostra l'aplicació del procés de soldadura per làser a la soldadura de la tapa del maleter d'automòbils.

FIG.3 Aplicació de soldadura làser en automòbil: (a) soldadura làser del capó posterior;(b) Diagrama esquemàtic de la soldadura per làser

En el procés de soldadura de carrosseries d'automòbils, el procés de soldadura làser consisteix principalment a soldar les parts del cos amb requisits de resistència de les articulacions baixes, com ara la soldadura entre la coberta superior i la paret lateral del cos, la soldadura entre les parts superior i inferior del tronc. coberta, etc., Volkswagen, Audi i altres models de gamma alta de la coberta superior utilitzen el procés de soldadura làser.

Els principals defectes de la soldadura de soldadura per làser de la carrosseria de l'automòbil inclouen la mossegada de les vores, la porositat, la deformació de la soldadura, etc. Els defectes es poden suprimir, òbviament, ajustant els paràmetres del procés i utilitzant un procés de soldadura làser multi-focus.

Tecnologia de soldadura composta per arc làser de la carrosseria de l'automòbil

El principi del procés de soldadura compost làser-arc és el següent: utilitzant dues fonts de calor de làser i arc per actuar sobre la superfície de la peça a soldar al mateix temps, la peça es fon i solidifica per formar una soldadura.La figura 4 mostra el diagrama esquemàtic del procés de soldadura compost làser-arc.

FIG.4 Esquema del procés de soldadura compost làser-arc

La soldadura làser-arc compost té els avantatges tant de la soldadura làser com de la soldadura per arc: primer, sota l'acció de fonts de calor dobles, la velocitat de soldadura es millora, l'entrada de calor és petita, la deformació de la soldadura és petita i les característiques de la soldadura làser. es mantenen;En segon lloc, té una millor capacitat de pont i una major tolerància a la bretxa de muntatge;En tercer lloc, la velocitat de solidificació de la piscina fosa és lenta, cosa que afavoreix l'eliminació de defectes de soldadura, com ara porus i esquerdes, i millorar l'estructura i el rendiment de la zona afectada per la calor.En quart lloc, a causa de l'efecte de l'arc, pot soldar materials amb alta reflectivitat i alta conductivitat tèrmica, i la gamma de materials d'aplicació és més àmplia.

En el procés de fabricació de carrosseries d'automòbils, el procés de soldadura compost d'arc làser consisteix principalment a soldar components d'aliatge d'alumini de la carrosseria i metalls diferents d'alumini-acer, i la soldadura es realitza per a peces amb grans espais de muntatge, com ara la soldadura de peces de la porta del cotxe, perquè la bretxa de muntatge afavoreix el joc del rendiment del pont de la soldadura composta d'arc làser.A més, la tecnologia de soldadura composta per arc làser-MIG també s'aplica a la posició del feix superior lateral de la carrosseria Audi.

En el procés de soldadura de carrosseries d'automòbils, la soldadura làser-arc compost té l'avantatge d'una major tolerància a la bretxa que la soldadura per làser únic, però la posició relativa del làser i l'arc, els paràmetres de soldadura làser, els paràmetres d'arc i altres factors s'han de considerar de manera exhaustiva.El comportament de transferència de calor i massa en la soldadura per arc làser és complex, especialment el mecanisme de regulació de l'energia i la regulació del gruix i l'estructura de l'IMC en la soldadura de materials diferents encara no està clar, i cal més investigació.

Altres processos de soldadura per làser de carrosseria d'automòbils

La soldadura làser de penetració profunda, la soldadura per farciment de filferro làser, la soldadura làser i la soldadura làser-arc compost i altres processos de soldadura han estat una teoria més madura i aplicacions pràctiques àmplies.Amb la millora dels requisits de la indústria de l'automoció per a l'eficiència de la soldadura del cos i l'augment de la demanda de soldadura de materials diferents en la fabricació d'automòbils lleugers, s'ha prestat atenció a la soldadura per punts làser, la soldadura per làser oscil·lant, la soldadura per feix làser i la soldadura en vol làser. a.

Procés de soldadura per punt làser 

La soldadura per punt làser és una tecnologia avançada de soldadura làser, que té els avantatges d'una velocitat de soldadura ràpida i una alta precisió de soldadura.El principi bàsic de la soldadura per punts làser és enfocar el feix làser a un punt determinat de la peça a soldar, de manera que el metall en el punt es fon instantàniament, ajustant la densitat del làser per aconseguir la soldadura per conducció tèrmica o l'efecte de soldadura per fusió profunda. , quan el raig làser deixa d'actuar, el metall líquid reflueix, es solidifica per formar una junta.

Hi ha dues formes principals de soldadura per punts làser: la soldadura per punts per làser polsat i la soldadura per punts làser contínua.L'energia màxima del feix làser de soldadura per punts per làser polsat és alta, però el temps d'acció és curt, generalment s'utilitza per a la soldadura d'aliatge de magnesi, aliatge d'alumini i altres metalls lleugers.La potència mitjana del feix làser en la soldadura per punts làser contínua és alta, el temps d'acció del làser és llarg i s'utilitza àmpliament en la soldadura d'acer.

Pel que fa a la soldadura de carrosseries d'automòbils, en comparació amb la soldadura per punts per resistència, la soldadura per punts làser té els avantatges de no tenir contacte, la trajectòria de soldadura per punts es pot dissenyar de manera independent, etc., que pot complir els requisits de soldadura d'alta qualitat sota diferents buits de solap materials de la carrosseria de l'automòbil.

Procés de soldadura per làser

La soldadura per làser swing és una nova tecnologia de soldadura làser proposada en els últims anys, que ha estat àmpliament preocupada.El principi d'aquesta tecnologia és: mitjançant la integració d'un grup de galvanòmetre al capçal de soldadura làser, el feix làser és ràpid, ordenat i en un rang reduït, per aconseguir l'efecte del raig làser avançant mentre s'agita.

Les principals trajectòries de swing en el procés de soldadura per làser inclouen swing transversal, swing longitudinal, swing circular i swing infinit.El procés de soldadura per làser té avantatges significatius en la soldadura de la carrosseria de l'automòbil.Sota l'acció de l'oscil·lació del raig làser, l'estat de flux de la piscina fosa canvia significativament.Per tant, el procés no només pot eliminar el defecte no fusionat, aconseguir el refinament del gra i suprimir la porositat en la soldadura del mateix material de la carrosseria de l'automòbil.A més, també pot millorar problemes com ara la barreja insuficient de diferents materials i les pobres propietats mecàniques de les soldadures en la soldadura de materials heterogenis de la carrosseria de l'automòbil.

 Procés de soldadura per raig multilàser

Actualment, el làser de fibra òptica es pot dividir en múltiples raigs làser mitjançant un mòdul divisor instal·lat al capçal de soldadura.La soldadura per feix multilàser és equivalent a aplicar múltiples fonts de calor en el procés de soldadura, ajustant la distribució d'energia del feix, els diferents feixos poden assolir diferents funcions, com ara: el feix amb una densitat d'energia més alta és el feix principal, responsable de la profunditat. soldadura per penetració;La menor densitat d'energia del feix pot netejar i preescalfar la superfície del material i augmentar l'absorció de l'energia del raig làser pel material.

El material d'acer galvanitzat d'alta resistència s'utilitza àmpliament a la carrosseria de l'automòbil.La tecnologia de soldadura per feix làser múltiple pot millorar el comportament d'evaporació del vapor de zinc i el comportament dinàmic de la piscina fosa en el procés de soldadura de plaques d'acer galvanitzat, millorar el problema de polverització i millorar la resistència a la tracció de la soldadura.

 Procés de soldadura en vol làser

La tecnologia de soldadura de vol làser és una nova tecnologia de soldadura làser, que té una alta eficiència de soldadura i es pot dissenyar de manera independent.El principi bàsic de la soldadura de vol làser és que quan el raig làser incideix als miralls X i Y del mirall d'escaneig, l'angle del mirall es controla mitjançant una programació independent per aconseguir la desviació del raig làser a qualsevol angle.

La soldadura làser tradicional de la carrosseria de l'automòbil es basa principalment en el moviment sincrònic del capçal de soldadura làser impulsat pel robot de soldadura per aconseguir l'efecte de soldadura.Tanmateix, l'eficiència de soldadura de la carrosseria de l'automòbil està molt limitada pel moviment alternatiu repetitiu del robot de soldadura a causa del gran nombre de soldadures i la llarga durada de les soldadures.En canvi, la soldadura de vol làser només necessita ajustar l'angle del mirall per aconseguir la soldadura dins d'un determinat rang.Per tant, la tecnologia de soldadura de vol làser pot millorar significativament l'eficiència de la soldadura i té àmplies perspectives d'aplicació.

Resum i perspectiva

Amb el desenvolupament de la indústria de l'automòbil, la futura tecnologia de soldadura de carrosseria continuarà desenvolupant-se en dos aspectes: procés de soldadura i tecnologia intel·ligent.

La carrosseria de l'automòbil, especialment la carrosseria del vehicle d'energia nova, s'està desenvolupant en la direcció del pes lleuger.Els aliatges lleugers, els materials compostos i els materials diferents s'utilitzaran més àmpliament a la carrosseria de l'automòbil, el procés de soldadura per làser convencional és difícil de complir els seus requisits de soldadura, de manera que el procés de soldadura d'alta qualitat i eficient es convertirà en la tendència de desenvolupament futura.

En els darrers anys, els processos de soldadura làser emergents, com ara la soldadura per làser oscil·lant, la soldadura per feix làser, la soldadura en vol làser, etc., han estat investigacions teòriques preliminars i exploració de processos pel que fa a la qualitat de la soldadura i l'eficiència de la soldadura.En el futur, cal combinar estretament el procés de soldadura làser emergent amb materials lleugers i escenes de soldadura de materials diferents de la carrosseria de l'automòbil, dur a terme una investigació en profunditat sobre el disseny de la trajectòria d'oscil·lació del feix làser, el mecanisme d'acció de l'energia del feix làser. i la millora de l'eficiència de la soldadura en vol, i explorar un procés madur de soldadura de carrosseria d'automòbil lleuger.

La tecnologia de soldadura làser de la carrosseria de l'automòbil està profundament integrada amb la tecnologia intel·ligent.La percepció en temps real de l'estat de soldadura làser de la carrosseria de l'automòbil i el control de retroalimentació dels paràmetres del procés tenen un paper decisiu en la qualitat de la soldadura.La tecnologia actual de soldadura per làser intel·ligent s'utilitza principalment per a la planificació i seguiment de la trajectòria prèvia a la soldadura i la inspecció de qualitat posterior a la soldadura.A casa i a l'estranger, la investigació sobre la detecció de defectes de soldadura i el control adaptatiu de paràmetres encara es troba en la fase inicial, i la tecnologia de control adaptatiu de paràmetres del procés de soldadura làser no s'ha aplicat a la fabricació de carrosseries d'automòbils.

Per tant, tenint en compte les característiques d'aplicació de la tecnologia de soldadura làser en el procés de soldadura de carrosseries d'automòbils, s'hauria de disposar d'un sistema de detecció intel·ligent per a la soldadura per làser amb multisensors avançats com a nucli i un sistema de control de robot de soldadura d'alta velocitat i alta precisió. desenvolupat en el futur per garantir el temps real i la precisió de tots els aspectes de la tecnologia de soldadura per làser intel·ligent.Obriu l'enllaç de "planificació de la trajectòria prèvia a la soldadura: control adaptatiu de paràmetres de la detecció en línia de la qualitat de la soldadura després de la soldadura" per garantir un processament eficient i d'alta qualitat.