Som bärare av andra delar av bilen avgör tillverkningstekniken för bilkarossen direkt bilens övergripande tillverkningskvalitet. Vid tillverkning av bilkarosser är svetsning en viktig produktionsprocess. De svetstekniker som för närvarande används för bilkarosssvetsning inkluderar huvudsakligen motståndspunktsvetsning, skyddssvetsning med smält inert gas (MIG-svetsning) och skyddssvetsning med smält aktiv gas (MAG-svetsning) samt lasersvetsning.
Som en avancerad svetsteknik med optisk-mekanisk integration har lasersvetstekniken fördelarna med hög energitäthet, snabb svetshastighet, låg svetsspänning och deformation samt god flexibilitet jämfört med traditionell karosssvetsteknik.
Bilkarossstrukturen är komplex, och karossdelarna består huvudsakligen av tunnväggiga och böjda komponenter. Svetsning av bilkarosser stöter på svetsningssvårigheter såsom variationer i karossmaterial, varierande tjocklek på karossdelarna, olika svetsbanor och fogformer. Dessutom har svetsning av bilkarosser höga krav på svetskvalitet och svetseffektivitet.
Baserat på lämpliga svetsprocessparametrar kan lasersvetsning säkerställa hög utmattningshållfasthet och slagseghet hos viktiga bilkarossdelar vid svetsning, vilket säkerställer kvaliteten och livslängden på karosssvetsningen. Lasersvetstekniken kan anpassas till svetsning av bilkarossdelar med olika fogformer, olika tjocklekar och olika materialtyper, vilket möter kraven på flexibilitet vid tillverkning av bilkarosser. Därför är lasersvetsteknik ett viktigt tekniskt medel för att uppnå högkvalitativ utveckling inom bilindustrin.
Lasersvetsningsprocess för bilkarosser
Princip för laserdjupsvetsning: När laserns effekttäthet når en viss nivå förångas materialytan och bildar ett nyckelhål. När metallångtrycket inuti hålet når dynamisk jämvikt med det statiska trycket och ytspänningen hos den omgivande vätskan kan lasern stråla genom nyckelhålet till botten av hålet, och med laserstrålens rörelse bildas en kontinuerlig svets. Vid laserdjupsvetsningsprocessen behöver man inte tillsätta hjälpflussmedel eller fyllmedel för att svetsa samman arbetsstyckets eget material.
Svetsfogen som erhålls genom laserdjupsvetsning är generellt jämn och rak med liten deformation, vilket bidrar till att förbättra tillverkningsnoggrannheten hos bilkarossen. Svetsfogens draghållfasthet är hög, vilket säkerställer bilkarossens svetskvalitet. Svetshastigheten är hög, vilket bidrar till att förbättra svetsproduktionens effektivitet.
Vid svetsning av bilkarosser kan användningen av lasersvetsning avsevärt minska antalet delar, formar och svetsverktyg, vilket minskar karossens egenvikt och produktionskostnaderna. Lasersvetsning är dock mindre tolerant mot monteringsgapet mellan de delar som ska svetsas, och monteringsgapet måste kontrolleras mellan 0,05 och 2 mm. Om monteringsgapet är för stort kommer svetsfel som porositet att uppstå.
Aktuell forskning visar att det vid karosssvetsning av samma material, genom att optimera processparametrarna för laserdjupsvetsning, är möjligt att erhålla en svets med god ytformning, färre interna defekter och utmärkta mekaniska egenskaper. Svetsens utmärkta mekaniska egenskaper kan uppfylla användningskraven för karosssvetsade komponenter. Vid karosssvetsning är dock aluminiumlegering-stål som representant för den heterogena metallen laserdjupsvetsning inte mogen, även om man genom att lägga till ett övergångsskikt kan uppnå utmärkta svetsprestanda. Men de olika övergångsskiktmaterialens inverkan på IMC-skiktet och dess effekt på svetsmekanismens mikrostruktur är inte tydlig och behöver ytterligare djupgående studier.
Lasertrådfyllningssvetsningsprocess för bilkarosser
Lasersvetsprocessen baseras på följande princip: En svetsfog bildas genom att förfylla svetsen med en specifik tråd eller genom att mata tråden samtidigt under lasersvetsprocessen. Detta motsvarar att mata in en ungefär homogen mängd trådmaterial i smältbadet under laserdjupsvetsning. Diagrammet nedan visar lasersvetsprocessen.
Jämfört med lasersvetsning har laserfyllnadssvetsning två fördelar vid karosssvetsning: för det första kan den avsevärt förbättra toleransen för monteringsspalten mellan karosseridelar som ska svetsas och lösa problemet med höga krav på fasspalter vid lasersvetsning. För det andra kan den förbättra vävnadsfördelningen i svetsområdet genom att använda trådar med olika sammansättningsinnehåll och sedan reglera svetsprestanda.
Vid tillverkning av bilkarosser används laserfyllnadssvetsning huvudsakligen för att svetsa karossdelar av aluminiumlegering och stål. Speciellt vid svetsning av bilkarossdelar av aluminiumlegering är ytspänningen i smältbadet liten, vilket lätt kan leda till att smältbadet kollapsar, medan laserfyllnadssvetsning bättre kan lösa problemet med smältbadets kollaps genom smältning av tråden i lasersvetsprocessen.
Laserlödningsprocess för bilkarosser
Laserlödningsprocessen bygger på följande princip: Med hjälp av en laser som värmekälla fokuseras och bestrålas laserstrålen på trådens yta, tråden smälter, den smälta tråden droppar ner och fyller arbetsstycket som ska svetsas, och metallurgiska effekter som smältning och diffusion uppstår mellan lödmaterialet och arbetsstycket, varigenom arbetsstycket sammanfogas. Till skillnad från laserfyllnadssvetsningsprocessen smälter laserlödningsprocessen endast tråden och inte arbetsstycket som ska svetsas. Laserlödning har god svetsstabilitet, men draghållfastheten hos den resulterande svetsen är låg. Figur 3 visar tillämpningen av laserlödningsprocessen vid svetsning av bagageutrymmesskydd i bilar.
Vid svetsning av bilkarosser används laserlödning huvudsakligen för att svetsa karosseridelar som inte kräver hög foghållfasthet, såsom svetsning mellan toppkåpan och sidokåporna, svetsning mellan den övre och nedre delen av bagagerumsskyddet, etc. Toppkåpan på VW, Audi och andra medelstora och exklusiva modeller använder alla laserlödning.
De huvudsakliga defekterna i laserlödda fogar på bilkarosser inkluderar kantgnagning, porositet, svetsdeformation etc., och defekterna kan avsevärt undertryckas genom att reglera processparametrarna och använda multifokuslaserlödningsprocess.
Laserbågsvetsning av kompositmaterial för bilkarosser
Principen för laserbågsvetsning av kompositmaterial är följande: två värmekällor, laser och båge, används för att samtidigt verka på ytan av arbetsstycket som ska svetsas, och arbetsstycket smälts och stelnar för att bilda en svetsfog. Diagrammet nedan visar laserbågsvetsprocessen.
Lasersvetsning med kompositlaser kombinerar fördelarna med lasersvetsning och bågsvetsning: för det första, under inverkan av dubbla värmekällor, kan svetshastigheten ökas, värmetillförseln blir mindre, svetsdeformationen blir liten, vilket bibehåller lasersvetsningens egenskaper; för det andra, bättre överbryggningsförmåga, större tolerans för monteringsspalt; för det tredje blir stelningshastigheten för den smälta badet långsammare, vilket bidrar till att eliminera porer, sprickor och andra svetsfel, förbättra organisationen och prestandan hos den värmepåverkade zonen. För det fjärde, tack vare bågen kan den svetsa material med hög reflektivitet och hög värmeledningsförmåga, med ett bredare spektrum av applicerade material.
Vid tillverkning av bilkarosser svetsas huvudsakligen komponenter i aluminiumlegering och aluminiumlegering och stål av olika metaller vid monteringsavståndet mellan större delar av svetsningen, såsom bildörrsdelen, eftersom avståndet mellan monteringsavståndet bidrar till laser-bågskompositsvetsningens överbryggningsprestanda. Dessutom används laser-MIG-bågskompositsvetsteknik även på sidobalken på Audis kaross.
Vid svetsning av bilkarosser har laserbågsvetsning av kompositmaterial fördelen med stor spalttolerans jämfört med enlasersvetsning. Lasersvetsning av kompositmaterial kräver dock omfattande hänsyn till laserns och bågens relativa position, lasersvetsparametrar, bågparametrar och andra faktorer. Värme- och massöverföringsbeteendet i laserbågsvetsprocessen är komplext, särskilt energiregleringen vid svetsning av heterogena material och mekanismen för IMC-tjocklek och vävnadsreglering är fortfarande oklar och kräver ytterligare förstärkning av forskningen.
Andra lasersvetsningsprocesser för bilkarosser
Laserdjupsvetsning, laserfyllnadssvetsning, laserlödning och laserbågsvetsning av kompositmaterial samt andra svetsprocesser har en mer mogen teori och ett brett spektrum av praktiska tillämpningar. I takt med att bilindustrins krav på karosssvetsningseffektivitet ökar och efterfrågan på svetsning av olika material inom lättviktstillverkning ökar, har laserpunktsvetsning, laseroscillationssvetsning, multilasersvetsning och laserflygsvetsning fått uppmärksamhet.
Laserpunktsvetsningsprocess
Lasersvetsning är en avancerad lasersvetsteknik med enastående fördelar med hög svetshastighet och hög svetsnoggrannhet. Grundprincipen för lasersvetsning är att fokusera laserstrålen på en punkt på den del som ska svetsas, så att metallen vid den punkten smälter omedelbart, och genom att justera laserdensiteten för att uppnå värmeledningssvetsning eller djupfusionssvetsningseffekt, när laserstrålen slutar fungera, återflödar den flytande metallen, stelnar och bildar en fog.
Det finns två huvudformer av laserpunktsvetsning: pulsad laserpunktsvetsning och kontinuerlig laserpunktsvetsning. Laserstrålen vid pulsad laserpunktsvetsning har en hög toppenergi, men verkningstiden är kort och används generellt för svetsning av lättmetaller som magnesiumlegeringar och aluminiumlegeringar. Vid kontinuerlig laserpunktsvetsning har laserstrålen en hög genomsnittlig effekt och en lång laserverkningstid och används mestadels för svetsning av stål.
Vid karosssvetsning har laserpunktsvetsning, jämfört med motståndspunktsvetsning, fördelarna med beröringsfri och självdesignad punktsvetsbana, vilket kan möta efterfrågan på högkvalitativ svetsning under olika överlappningsgap i karossmaterial.
Laseroscillationssvetsningsprocess
Laseroscillationssvetsning är en ny lasersvetsteknik som har föreslagits under senare år och fått stor uppmärksamhet. Principen för denna teknik är att uppnå en snabb, ordnad och liten oscillation av laserstrålen genom att integrera en oscillerande spegel i lasersvetshuvudet, vilket uppnår effekten av att strålen rör sig framåt under lasersvetsning.
De huvudsakliga oscillationsbanorna i laseroscillationssvetsprocessen inkluderar: transversell oscillation, longitudinell oscillation, cirkulär oscillation och oändlig oscillation. Laseroscillationssvetsprocessen har betydande fördelar vid karosssvetsning, eftersom smältbassängens flyttillstånd förändras avsevärt av laserstrålens oscillation, så processen kan eliminera osmälta defekter, uppnå kornförfining och undertrycka porositet vid svetsning av samma karossmaterial, och förbättra problemen med otillräcklig blandning av olika material och dåliga mekaniska egenskaper hos svetssömmen vid svetsning av olika karossmaterial.
Multilaserstrålesvetsningsprocess
För närvarande kan fiberlasrar användas för att dela upp en enda laserstråle i flera laserstrålar med hjälp av en stråldelningsmodul installerad i svetshuvudet. Flerlasersvetsning motsvarar att applicera flera värmekällor i svetsprocessen. Genom att justera strålens energifördelning kan olika strålar uppnå olika funktioner, såsom: strålen med högre energitäthet är huvudstrålen, som ansvarar för djupsmältsvetsning; delstrålen med lägre energitäthet kan rengöra och förvärma materialytan och öka absorptionen av laserstråleenergi av materialet.
Multilasersvetsprocessen kan förbättra avdunstningsbeteendet hos zinkånga och det dynamiska beteendet hos smältan under svetsning av galvaniserade stålplåtar, minska stänkproblemet och öka svetsfogens draghållfasthet.
Lasersvetsningsprocess
Lasersvetsteknik är en ny lasersvetsteknik med hög svetseffektivitet och autonom utformning av svetsbanan. Grundprincipen för lasersvetsning är att när laserstrålen träffar X- och Y-speglarna i skanningsspegeln styrs spegelns vinkel genom autonom programmering för att uppnå avböjning av laserstrålen i valfri vinkel.
Traditionellt sett förlitar sig lasersvetsning av bilkarosser huvudsakligen på att svetsroboten driver lasersvetshuvudet för synkron rörelse för att uppnå svetseffekten. Emellertid begränsar svetsrobotens repetitiva fram- och återgående rörelser kraftigt effektiviteten vid karosssvetsning på grund av det stora antalet svetsar och svetsarnas långa längd. Däremot kan laserflygsvetsning uppnås inom ett visst område genom att helt enkelt justera reflektorns vinkel. Därför kan laserflygsvetstekniken avsevärt förbättra svetseffektiviteten och har en bred tillämpningspotential.
Sammanfattning
Med utvecklingen av bilindustrin kommer framtiden för karosssvetsteknik att fortsätta utvecklas, både inom svetsprocessen och intelligent teknik.
Bilkarosser, särskilt nya energifordonskarosser, utvecklas i riktning mot lättvikt. Lättviktslegeringar, kompositmaterial och heterogena material kommer att användas i allt större utsträckning i bilkarosser, och konventionella lasersvetsprocesser har svårt att uppfylla svetskraven, så högkvalitativa och effektiva svetsprocesser kommer att bli den framtida utvecklingstrenden.
Under senare år har den framväxande lasersvetsningsprocessen, såsom lasersvingsvetsning, multilasersvetsning, laserflygsvetsning etc., inletts med teoretisk forskning och processutforskning inom svetskvalitet och svetseffektivitet. Framtiden behöver vara den framväxande lasersvetsningsprocessen och lättviktsmaterial för bilkarosser, svetsning av heterogena material och andra scenarier som nära kombineras, design av laserstrålsvingbanor, energimekanismen för multilasers strålar och effektivitetsförbättring av flygsvetsning och andra aspekter av djupgående forskning för att utforska en mogen lättviktsprocess för bilkarosser.
Lasersvetsteknik för bilkarosser integreras djupt med intelligent teknik. Realtidsavkänning av lasersvetsningsstatus för bilkarosser och återkopplingskontroll av processparametrar spelar en avgörande roll för svetskvaliteten. Den nuvarande intelligenta lasersvetstekniken används mestadels för planering och spårning av svetsbanor före svetsning samt kvalitetsinspektion efter svetsning. Inhemsk och utländsk forskning inom detektering av svetsfel och adaptiv reglering av parametrar är fortfarande i sin linda, och den adaptiva styrtekniken för lasersvetsningsprocessparametrar har inte tillämpats inom bilkarosstillverkning.
Därför bör framtiden utvecklas med avancerade lasersvetsningstekniker med flera sensorer och intelligenta sensorer för sensorsvetsning i bilkarosser och högprecisionssvetsrobotar för att säkerställa att den intelligenta lasersvetsningstekniken i realtid och noggrannheten i varje länk uppnås genom länken "planering av svetsbana före svetsning - adaptiv kontroll av svetsparametrar och online-inspektion av eftersvetsningskvalitet", för att säkerställa hög kvalitet och effektiv bearbetning.
Maven laserautomationsföretag har fokuserat på laserindustrin i 14 år. Vi specialiserar oss på lasersvetsning. Vi har robotarmslasersvetsmaskiner, bordsautomatiska lasersvetsmaskiner, handhållna lasersvetsmaskiner. Dessutom har vi även lasersvetsmaskiner, laserskärmaskiner och lasermärkningsmaskiner. Vi har många olika lösningar för lasersvetsning. Om du är intresserad kan du alltid kontakta oss.
Publiceringstid: 9 december 2022
