Introduktion
Eftersom fordonskarossen är bärare av andra delar av fordonet, bestämmer dess tillverkningsteknik direkt fordonets totala tillverkningskvalitet.Svetsning är en viktig produktionsprocess vid tillverkning av bilkarosser.För närvarande inkluderar de svetstekniker som används för fordonssvetsning främst motståndspunktsvetsning, MIG-svetsning, MAG-svetsning och lasersvetsning.
Lasersvetsteknik som en avancerad optoelektromekanisk integrationssvetsteknik, jämfört med den traditionella fordonssvetstekniken, har fördelarna med hög energitäthet, snabb svetshastighet, liten svetsspänning och deformation och god flexibilitet.
Bilkarossens struktur är komplex, och dess komponenter är huvudsakligen tunnväggiga och böjda.Svetsning av bilkarosser ställs inför vissa svårigheter, såsom förändringar i karossmaterial, olika tjocklek på kroppsdelar, diversifierad svetsbana och fogformer.Dessutom har bilkarossvetsning höga krav på svetskvalitet och svetseffektivitet.
Baserat på lämpliga svetsprocessparametrar kan lasersvetsning säkerställa hög utmattningshållfasthet och slagseghet hos huvudkomponenterna i bilkarossen, för att säkerställa svetskvaliteten och livslängden för bilkarossen.Lasersvetsteknik kan anpassa sig till olika fogformer, olika tjocklekar och olika materialtyper av svetsning av bilkarossdelar, för att möta de flexibla behoven för biltillverkning.Därför är lasersvetsteknik ett viktigt tekniskt medel för att uppnå högkvalitativ utveckling av fordonsindustrin.
Lasersvetsteknik för bilkaross
Lasersvetsteknik med djup penetration av bilkaross
Principen för lasersvetsning med djup penetration (Figur 1) är som följer: när laserns effekttäthet når en viss nivå förångas materialets yta och bildar ett nyckelhål.När metallångtrycket i hålet når en dynamisk balans med det statiska trycket och ytspänningen hos den omgivande vätskan, kan lasern bestrålas till botten av hålet genom nyckelhålet, och med laserstrålens rörelse, en kontinuerlig svets bildas.Under laserdjupsvetsningsprocessen finns det inget behov av att lägga till extra flussmedel eller fyllmedel, och arbetsstyckets egna material kan svetsas samman.
FIKON.1 Schematiskt diagram över lasersvetsning med djup penetration
Svetsen som erhålls genom lasersvetsning är i allmänhet jämn och rak, och deformationen är liten, vilket bidrar till att förbättra tillverkningsnoggrannheten hos bilkaross.Svetsens höga draghållfasthet säkerställer svetskvaliteten hos bilkarossen.Svetshastigheten är hög, vilket bidrar till att förbättra effektiviteten i svetsproduktionen.
Vid svetsning av fordonskroppar kan användningen av lasersvetsning med djup penetration avsevärt minska antalet delar, formar och svetsverktyg, och därigenom minska kroppsvikten och produktionskostnaderna.Emellertid har lasersvetsningsprocessen en dålig tolerans för monteringsgapet för de svetsade delarna, och monteringsgapet måste kontrolleras mellan 0,05 och 2 mm.Om monteringsgapet är för stort uppstår svetsfel som porer.
Den aktuella forskningen visar att svetsen med bra ytformning, mindre inre defekter och utmärkta mekaniska egenskaper kan erhållas genom att optimera processparametrarna för lasersvetsning vid svetsning av samma material i bilkarossen.Svetsens utmärkta mekaniska egenskaper kan möta behoven hos fordonskarossens svetskomponenter.Vid svetsning av bilkarosser är emellertid den olika metalllasertekniken för djuppenetrationssvetsning som representeras av aluminiumlegering och stål inte mogen.Även om svetssömmar med utmärkt prestanda kan erhållas genom att lägga till övergångsskikt, är inverkansmekanismen för olika övergångsskiktsmaterial på IMC-skiktet och deras verkansmekanism på svetsmikrostruktur inte tydlig, och ytterligare forskning behövs.
Lasersvetsningsprocess för fyllning av bilkaross
Principen för lasersvetsningsprocessen är som följer: en svetsfog bildas genom att förfylla en specifik svetstråd i svetsen eller mata svetstråden samtidigt under lasersvetsprocessen.Detta motsvarar att mata in ungefär homogent svetstrådsmaterial i svetsbadet under laserdjupsvetsning.Det schematiska diagrammet över laserfyllnadstrådsvetsningsprocessen visas i figur 2.
FIKON.2 Schematiskt diagram över lasertrådsfyllningssvetsprocess
Jämfört med lasersvetsning med djup penetrering har lasertrådssvetsning två fördelar vid svetsning av autokroppar: för det första kan det avsevärt förbättra toleransen för monteringsgapet mellan bilkroppsdelarna som ska svetsas och lösa problemet med lasersvetsning med djup penetration. kräver för mycket spåravstånd;För det andra kan vävnadsfördelningen av svetsområdet förbättras genom att använda svetstrådar med olika sammansättningsinnehåll, och sedan kan svetsprestandan regleras.
I processen med biltillverkning används lasertrådsfyllningsprocessen huvudsakligen för svetsning av aluminiumlegeringar och ståldelar av kroppen.Speciellt i svetsprocessen av aluminiumlegeringsdelar av bilkaross är ytspänningen hos smält pool liten, vilket är lätt att leda till kollaps av smält pool, och lasertrådsfyllningsprocessen kan bättre lösa problemet med smält poolkollaps genom att smälta svetstråden.
Laserlödningsteknik för kaross
Principen för laserlödningsprocessen är som följer: lasern används som värmekälla, laserstrålen belyses till ytan av svetstråden efter att ha fokuserats, svetstråden smälts, den smälta tråden faller och fylls mellan delar som ska svetsas, och metallurgiska effekter såsom smältning och diffusion uppstår mellan tillsatsmetallen och arbetsstycket, så att arbetsstycket ansluts.Till skillnad från lasertrådsfyllningsprocessen smälter laserlödningsprocessen bara tråden och smälter inte arbetsstycket som ska svetsas.Laserlödning har god svetsstabilitet, men svetsens draghållfasthet är låg.FIKON.Fig. 3 visar tillämpningen av laserlödningsprocess vid svetsning av bagageluckan för bilar.
FIKON.3 Användning av laserlödning i bilar: (a) lasersvetsning av bakre huven;(b) Schematiskt diagram av laserlödning
I processen med bilkarossvetsning är laserlödningsprocessen huvudsakligen svetsning av kroppsdelarna med låga foghållfasthetskrav, såsom svetsningen mellan topplocket och sidoväggen på kroppen, svetsningen mellan de övre och nedre delarna av stammen lock, etc., Volkswagen, Audi och andra avancerade modeller av topplocket använder laserlödning.
De huvudsakliga defekterna i laserlödningssvetssömmar på bilkarosser inkluderar kantbitning, porositet, svetsdeformation, etc. Defekterna kan uppenbarligen undertryckas genom att justera processparametrar och använda laserlödningsprocessen med flera fokus.
Laserbågskompositsvetsteknik för bilkaross
Principen för laserbågssvetsningsprocessen är som följer: med två värmekällor av laser och båge för att verka på ytan av arbetsstycket som ska svetsas samtidigt, smälts och stelnar arbetsstycket för att bilda en svets.Figur 4 visar det schematiska diagrammet för laserbågekompositsvetsningsprocessen.
FIKON.4 Schematiskt diagram över laserbågekompositsvetsprocess
Laserbågssvetsning har fördelarna med både lasersvetsning och bågsvetsning: för det första, under inverkan av dubbla värmekällor, förbättras svetshastigheten, värmetillförseln är liten, svetsdeformationen är liten och egenskaperna hos lasersvetsning bibehålls;För det andra har den bättre överbryggningsförmåga och större tolerans för monteringsgap;För det tredje är stelningshastigheten för den smälta poolen långsam, vilket bidrar till att eliminera svetsdefekter såsom porer och sprickor, och förbättra strukturen och prestandan hos den värmepåverkade zonen.För det fjärde, på grund av bågens effekt, kan den svetsa material med hög reflektivitet och hög värmeledningsförmåga, och utbudet av applikationsmaterial är bredare.
Vid tillverkning av bilkarosser är laserbågkompositsvetsningsprocessen huvudsakligen att svetsa aluminiumlegeringskomponenter i karossen och aluminium-stål olika metaller, och svetsning utförs för delar med stora monteringsluckor, såsom svetsning av delar av bildörren, eftersom monteringsgapet bidrar till spelet av broprestanda för laserbågssvetsning.Dessutom appliceras laser-MIG bågsvetsningsteknik på Audi-karossens övre sidobalksposition.
Vid svetsning av fordonskroppar har laserbågssvetsning fördelen av större gaptolerans än enkellasersvetsning, men den relativa positionen för laser och båge, lasersvetsparametrar, bågparametrar och andra faktorer bör övervägas heltäckande.Värme- och massöverföringsbeteendet vid laserbågsvetsning är komplext, särskilt mekanismen för energireglering och IMC-tjocklek och strukturreglering vid svetsning av olika material är fortfarande oklar, och ytterligare forskning behövs.
Andra lasersvetsningsprocesser för fordonskarosser
Lasersvetsning, lasertrådssvetsning, laserlödning och laserbågskompositsvetsning och andra svetsprocesser har varit mer mogen teori och omfattande praktiska tillämpningar.Med förbättringen av fordonsindustrins krav på effektiviteten av kroppssvetsning och ökningen av efterfrågan på olika material har svetsning i lättviktsbiltillverkning, laserpunktsvetsning, lasersvingsvetsning, multilaserstrålesvetsning och laserflygsvetsning uppmärksammats till.
Laserpunktsvetsningsprocess
Laserpunktsvetsning är en avancerad lasersvetsteknik, som har fördelarna med snabb svetshastighet och hög svetsprecision.Den grundläggande principen för laserpunktsvetsning är att fokusera laserstrålen till en viss punkt på den del som ska svetsas, så att metallen vid punkten omedelbart smälts, genom att justera laserdensiteten för att uppnå värmeledningssvetsning eller djupsvetsningseffekt När laserstrålen slutar verka återflödar den flytande metallen, stelnade för att bilda en fog.
Det finns två huvudformer av laserpunktsvetsning: pulsad laserpunktsvetsning och kontinuerlig laserpunktsvetsning.Pulsad laserpunktsvetsning av laserstrålens toppenergi är hög, men verkanstiden är kort, vanligtvis används för svetsning av magnesiumlegeringar, aluminiumlegeringar och andra lättmetaller.Den genomsnittliga effekten hos laserstrålen vid kontinuerlig laserpunktsvetsning är hög, laserverkanstiden är lång och den används ofta vid stålsvetsning.
När det gäller svetsning av bilkarosser, jämfört med motståndspunktsvetsning, har laserpunktsvetsning fördelarna med icke-kontakt, punktsvetsbana kan utformas oberoende, etc., vilket kan uppfylla kraven för högkvalitativ svetsning under olika varvavstånd av karossmaterial för bilar.
Laser swing svetsprocess
Lasersvetsning är en ny lasersvetsteknik som föreslagits under de senaste åren, som har varit mycket oroad.Principen för denna teknik är: genom att integrera en galvanometergrupp på lasersvetshuvudet, blir laserstrålen snabbt, ordnad och inom ett litet område, för att uppnå effekten av att laserstrålen rör sig framåt under omrörning.
De huvudsakliga svängbanorna i lasersvingsvetsningsprocessen inkluderar tvärsvängning, longitudinell svängning, cirkulär svängning och oändlig svängning.Lasersvetsningsprocessen har betydande fördelar vid svetsning av bilkarosser.Under verkan av laserstrålens svängning ändras flödestillståndet för den smälta poolen avsevärt.Därför kan processen inte bara eliminera den osammansatta defekten, uppnå kornförfining och undertrycka porositeten i svetsningen av samma bilkarossmaterial.Dessutom kan det också förbättra problemen såsom otillräcklig blandning av olika material och dåliga mekaniska egenskaper hos svetsar vid svetsning av heterogena material i bilkarosser.
Svetsprocess med flera laserstrålar
För närvarande kan den optiska fiberlasern delas upp i flera laserstrålar med en splittermodul installerad i svetshuvudet.Multilaserstrålesvetsning är likvärdigt med att applicera flera värmekällor i svetsprocessen, genom att justera strålens energifördelning kan olika strålar uppnå olika funktioner, såsom: strålen med högre energitäthet är huvudstrålen, ansvarig för djupet penetrationssvetsning;Strålens lägre energitäthet kan rengöra och förvärma materialets yta och öka absorptionen av laserstråleenergi av materialet.
Galvaniserat höghållfast stålmaterial används ofta i bilkarosser.Svetsteknik med flera laserstrålar kan förbättra förångningsbeteendet hos zinkånga och det dynamiska beteendet hos smält pool i svetsprocessen av galvaniserad stålplåt, förbättra sputterproblemet och förbättra svetsens draghållfasthet.
Laserflygsvetsprocess
Laserflygsvetstekniken är en ny lasersvetsteknik, som har hög svetseffektivitet och kan utformas oberoende.Den grundläggande principen för laserflygsvetsning är att när laserstrålen faller in på X- och Y-speglarna i skanningsspegeln, styrs spegelns vinkel genom oberoende programmering för att uppnå avböjning av laserstrålen i vilken vinkel som helst.
Den traditionella lasersvetsningen av bilkarosser bygger huvudsakligen på den synkrona rörelsen av lasersvetshuvudet som drivs av en svetsrobot för att uppnå svetseffekt.Emellertid är svetsningseffektiviteten hos en bilkaross kraftigt begränsad av svetsrobotens upprepade fram- och återgående rörelse på grund av det stora antalet svetsar och långa svetslängder.Däremot behöver laserflygsvetsning bara justera spegelns vinkel för att uppnå svetsning inom ett visst område.Därför kan laserflygsvetsteknik förbättra svetseffektiviteten avsevärt och har breda tillämpningsmöjligheter.
Sammanfattning och utsikter
Med utvecklingen av bilindustrin kommer framtidens kroppssvetsteknik att fortsätta att utvecklas i två aspekter: svetsprocess och intelligent teknik.
Bilkaross, särskilt ny energifordonskaross, utvecklas i riktning mot lättvikt.Lättviktslegeringar, kompositmaterial och olika material kommer att användas mer allmänt i bilkarosser, konventionell lasersvetsprocess är svår att uppfylla sina svetskrav, så högkvalitativ och effektiv svetsprocess kommer att bli den framtida utvecklingstrenden.
Under de senaste åren har framväxande lasersvetsprocesser, såsom lasersvetsning, multilaserstrålesvetsning, laserflygsvetsning, etc., varit preliminär teoretisk forskning och processutforskning när det gäller svetskvalitet och svetseffektivitet.I framtiden är det nödvändigt att nära kombinera den framväxande lasersvetsningsprocessen med lättviktsmaterial och olika materialsvetsscener för bilkarosser, bedriva djupgående forskning om designen av laserstrålens svängningsbana, verkansmekanismen för multilaserstråleenergi och förbättringen av flygsvetseffektiviteten, och utforska en mogen lättviktsprocess för karossvetsning av bilar.
Lasersvetstekniken i bilkarossen är djupt integrerad med intelligent teknik.Realtidsuppfattningen av lasersvetsningstillståndet hos bilkarossen och återkopplingskontrollen av processparametrar spelar en avgörande roll för svetskvaliteten.Den nuvarande intelligenta lasersvetstekniken används mest för planering av bana före svetsning och spårning och kvalitetsinspektion efter svetsning.Hemma och utomlands är forskningen om svetsdefektdetektering och parameteradaptiv kontroll fortfarande i det inledande skedet, och lasersvetsprocessparameterns adaptiva styrteknik har inte tillämpats i biltillverkningen.
Därför, med tanke på tillämpningsegenskaperna för lasersvetsteknik vid svetsning av bilar, bör ett intelligent avkänningssystem för lasersvetsning med avancerade multisensorer som kärna och ett höghastighets- och högprecisionssvetsrobotstyrsystem vara utvecklad i framtiden för att säkerställa realtid och noggrannhet för alla aspekter av intelligent lasersvetsteknik.Öppna länken "för-svetsbana planering - parameter adaptiv kontroll av svetskvalitet online-detektering efter svetsning" för att säkerställa högkvalitativ och effektiv bearbetning.
Posttid: 16-10-2023