Bevezetés
Mivel a jármű karosszériája a jármű egyéb alkatrészeinek hordozója, gyártási technológiája közvetlenül meghatározza a jármű általános gyártási minőségét.A hegesztés fontos gyártási folyamat az autókarosszéria-gyártás folyamatában.Jelenleg az autókarosszéria-hegesztéshez használt hegesztési technológiák főként az ellenállás-ponthegesztést, a MIG-hegesztést, a MAG-hegesztést és a lézerhegesztést foglalják magukban.
A lézeres hegesztési technológia, mint fejlett optoelektromechanikai integrációs hegesztési technológia, a hagyományos autókarosszéria-hegesztési technológiához képest, a nagy energiasűrűség, a gyors hegesztési sebesség, a kis hegesztési feszültség és deformáció, valamint a jó rugalmasság előnyei.
A karosszéria szerkezete összetett, alkatrészei főleg vékony falúak és ívesek.Az autókarosszéria-hegesztés bizonyos nehézségekkel szembesül, mint például a karosszéria anyagának változása, a karosszériaelemek eltérő vastagsága, változatos hegesztési pálya és kötésformák.Ezenkívül az autókarosszéria-hegesztés magas követelményeket támaszt a hegesztés minőségével és a hegesztési hatékonysággal szemben.
A megfelelő hegesztési folyamatparaméterek alapján a lézeres hegesztés biztosítja a karosszéria kulcsfontosságú alkatrészeinek nagy kifáradási szilárdságát és ütésállóságát, így biztosítva a karosszéria hegesztési minőségét és élettartamát.A lézeres hegesztési technológia alkalmazkodhat a különböző kötésformákhoz, különböző vastagságokhoz és különböző anyagtípusokhoz az autókarosszéria-alkatrészek hegesztéséhez, hogy megfeleljen az autókarosszéria-gyártás rugalmas igényeinek.Ezért a lézeres hegesztési technológia az autóipar magas színvonalú fejlesztésének fontos technikai eszköze.
Gépkocsi karosszéria lézeres hegesztési technológiája
Gépkocsi karosszéria lézeres mélybehatolásos hegesztési technológiája
A lézeres mélybehatolásos hegesztési eljárás elve (1. ábra) a következő: amikor a lézer teljesítménysűrűsége elér egy bizonyos szintet, az anyag felülete elpárolog, kulcslyukat képezve.Amikor a fémgőznyomás a lyukban dinamikus egyensúlyt ér el a környező folyadék statikus nyomásával és felületi feszültségével, a lézer a kulcslyukon keresztül besugározható a furat aljára, és a lézersugár mozgásával folyamatos hegesztés keletkezik.A lézeres mélybehatolásos hegesztési eljárás során nincs szükség segédfolyasztószer vagy töltőanyag hozzáadására, és a munkadarab saját anyagai összehegeszthetők.
ÁBRA.1 Lézeres mélybehatolásos hegesztési eljárás sematikus diagramja
A lézeres mélybehatolásos hegesztéssel kapott hegesztés általában sima és egyenes, a deformáció kicsi, ami elősegíti az autókarosszéria gyártási pontosságának javítását.A hegesztési varrat nagy szakítószilárdsága biztosítja a karosszéria hegesztési minőségét.A hegesztési sebesség gyors, ami elősegíti a hegesztési gyártás hatékonyságának javítását.
Az autókarosszéria-hegesztés folyamatában a lézeres mélybehatolásos hegesztési eljárás nagymértékben csökkentheti az alkatrészek, formák és hegesztőeszközök számát, ezáltal csökkentve a testsúlyt és a gyártási költségeket.A lézeres mélybehatolásos hegesztési eljárás azonban rosszul tűri a hegesztett részek szerelési hézagát, és az összeszerelési hézagot 0,05 és 2 mm között kell szabályozni.Ha az összeszerelési rés túl nagy, hegesztési hibák, például pórusok léphetnek fel.
A jelenlegi kutatások azt mutatják, hogy a lézeres mélybehatolásos hegesztés folyamatparamétereinek optimalizálásával jó felületformáló, kevesebb belső hibával és kiváló mechanikai tulajdonságokkal rendelkező varrat érhető el azonos autókarosszéria-anyag hegesztésénél.A hegesztési varrat kiváló mechanikai tulajdonságai kielégítik az autókarosszéria hegesztőalkatrészeinek igényeit.Az autókarosszéria-hegesztésben azonban az alumíniumötvözet és acél által képviselt eltérő fémlézeres mélybehatolásos hegesztési technológia még nem érett.Bár átmeneti rétegek hozzáadásával kiváló teljesítményű hegesztési varratok is előállíthatók, a különböző átmeneti réteg anyagok IMC rétegre gyakorolt hatásmechanizmusa és a hegesztési varrat mikroszerkezetére gyakorolt hatásmechanizmusa nem tisztázott, ezért további kutatások szükségesek.
Gépkocsi karosszéria lézerhuzalos töltőhegesztési folyamata
A lézeres töltőhuzalos hegesztési eljárás elve a következő: hegesztett kötést úgy alakítanak ki, hogy egy meghatározott hegesztőhuzalt előtöltenek a varratban, vagy a lézeres hegesztési folyamat során a hegesztőhuzalt egyidejűleg betáplálják.Ez egyenértékű azzal, mintha hozzávetőlegesen homogén hegesztőhuzalt visznek be a hegesztőmedencébe a lézeres mélybehatolásos hegesztés során.A lézeres töltőhuzalhegesztési eljárás sematikus diagramja a 2. ábrán látható.
ÁBRA.2 A lézerhuzalos töltőhegesztési eljárás sematikus diagramja
A lézeres mélybehatolásos hegesztéshez képest a lézerhuzalos töltőhegesztésnek két előnye van az automatikus karosszéria-hegesztésben: először is nagymértékben javíthatja a hegesztendő karosszériaelemek közötti összeszerelési hézag tűréshatárát, és megoldhatja a lézeres mélybehatolásos hegesztés problémáját. túl sok horonyhézagot igényel;Másodszor, különböző összetételű hegesztőhuzalok használatával javítható a hegesztési terület szöveteloszlása, majd szabályozható a hegesztési teljesítmény.
Az autókarosszéria-gyártás folyamatában a lézerhuzalos töltőhegesztési eljárást főként alumíniumötvözet és acél karosszériarészek hegesztésére használják.Különösen az autókarosszéria alumíniumötvözet alkatrészeinek hegesztési folyamatában az olvadt medence felületi feszültsége kicsi, ami könnyen az olvadt medence összeomlásához vezethet, és a lézerhuzal-töltő hegesztési folyamat jobban megoldhatja az olvadt medence összeomlásának problémáját. a hegesztőhuzal megolvasztásával.
Gépkocsi karosszéria lézeres keményforrasztási technológiája
A lézeres keményforrasztás elve a következő: a lézert hőforrásként használják, fókuszálás után a lézersugarat megvilágítják a hegesztőhuzal felületére, a hegesztőhuzal megolvad, az olvadt huzal leesik és feltöltődik a hegesztőhuzal közé. a hegesztendő alkatrészeket, és a töltőfém és a munkadarab között olyan metallurgiai hatások lépnek fel, mint az olvadás és diffúzió, így a munkadarab összekapcsolódik.A lézerhuzalos töltőhegesztési eljárástól eltérően a lézeres keményforrasztási eljárás csak a huzalt olvasztja meg, a hegesztendő munkadarabot nem.A lézeres keményforrasztás jó hegesztési stabilitással rendelkezik, de a hegesztési varrat szakítószilárdsága alacsony.ÁBRA.A 3. ábra a lézeres keményforrasztási eljárás alkalmazását mutatja az autók csomagtartófedél-hegesztésénél.
ÁBRA.3 A lézeres keményforrasztás alkalmazása autókban: (a) a hátsó burkolat lézeres hegesztése;(b) A lézeres keményforrasztás sematikus diagramja
Az autókarosszéria-hegesztés folyamatában a lézeres keményforrasztási folyamat főként az alacsony kötési szilárdsági követelményekkel rendelkező karosszériarészek hegesztésére irányul, mint például a felső burkolat és a karosszéria oldalfala közötti hegesztés, a csomagtartó felső és alsó része közötti hegesztés. fedél stb., a Volkswagen, az Audi és a felső burkolat más csúcskategóriás modelljei lézeres keményforrasztási eljárást alkalmaznak.
Az autókarosszéria lézeres keményforrasztási hegesztési varratának fő hibái közé tartozik az élharapás, a porozitás, a hegesztési deformáció stb. A hibák a folyamatparaméterek beállításával és a többfókuszos lézeres keményforrasztási eljárással nyilvánvalóan elnyomhatók.
Gépkocsi karosszéria lézeríves kompozit hegesztési technológiája
A lézeríves kompozit hegesztési eljárás elve a következő: két hőforrás, lézer és ív segítségével egyszerre hat a hegesztendő munkadarab felületére, a munkadarab megolvasztódik és megszilárdul, és hegesztési varrat keletkezik.A 4. ábra a lézeríves kompozit hegesztési eljárás sematikus diagramját mutatja.
ÁBRA.4 Lézeríves kompozit hegesztési eljárás sematikus diagramja
A lézeríves kompozit hegesztés mind a lézeres, mind az ívhegesztés előnyeivel rendelkezik: először is, kettős hőforrás hatására a hegesztési sebesség javul, a hőbevitel kicsi, a varrat deformációja kicsi, és a lézerhegesztés jellemzői karbantartják;Másodszor, jobb az áthidaló képessége és nagyobb az összeszerelési hézag toleranciája;Harmadszor, az olvadt medence megszilárdulási sebessége lassú, ami elősegíti a hegesztési hibák, például pórusok és repedések kiküszöbölését, és javítja a hő által érintett zóna szerkezetét és teljesítményét.Negyedszer, az ív hatásának köszönhetően nagy fényvisszaverő képességű és nagy hővezető képességű anyagokat tud hegeszteni, az alkalmazási anyagok köre pedig szélesebb.
Az autókarosszéria-gyártás során a lézeríves kompozit hegesztési eljárás főként a karosszéria alumíniumötvözet alkatrészeinek és az alumínium-acél különböző fémek hegesztésére irányul, és nagy összeszerelési hézagokkal rendelkező alkatrészek hegesztését végzik, mint pl. a kocsiajtót, mert az összeszerelési rés kedvez a lézeríves kompozit hegesztés hídteljesítményének játékának.Emellett lézer-MIG ívkompozit hegesztési technológiát alkalmaznak az Audi karosszériájának oldalsó felső sugárpozíciójában is.
Az autókarosszéria-hegesztés folyamatában a lézeríves kompozit hegesztés előnye, hogy nagyobb hézagtűrést mutat, mint az egyszeri lézeres hegesztés, de a lézer és az ív egymáshoz viszonyított helyzetét, a lézerhegesztési paramétereket, az ívparamétereket és egyéb tényezőket átfogóan figyelembe kell venni.A lézeríves hegesztés hő- és tömegátadási viselkedése összetett, különösen az energiaszabályozás mechanizmusa, valamint az IMC vastagság- és szerkezetszabályozása a különböző anyagok hegesztésénél még nem tisztázott, ezért további kutatásokra van szükség.
Egyéb autóipari karosszéria-lézerhegesztési eljárások
A lézeres mélybehatolásos hegesztés, a lézerhuzalos töltőhegesztés, a lézeres keményforrasztás és a lézeríves kompozit hegesztés és más hegesztési eljárások kiforrottabb elméletek és kiterjedtebb gyakorlati alkalmazások.Az autóipar karosszéria-hegesztési hatékonysági követelményeinek javulásával, valamint a könnyűgépjármű-gyártásban az eltérő anyagú hegesztés iránti kereslet növekedésével a lézeres ponthegesztés, a lézeres lengőhegesztés, a többlézersugaras hegesztés és a lézerrepülő hegesztés is figyelmet kapott. nak nek.
Lézeres ponthegesztési eljárás
A lézeres ponthegesztés egy fejlett lézeres hegesztési technológia, amelynek előnyei a gyors hegesztési sebesség és a nagy hegesztési pontosság.A lézeres ponthegesztés alapelve, hogy a lézersugarat egy bizonyos pontra fókuszálja a hegesztendő alkatrészen, hogy a ponton lévő fém azonnal megolvadjon a lézersűrűség beállításával a hővezető hegesztés vagy a mélyfúziós hegesztési hatás elérése érdekében. , amikor a lézersugár abbahagyja a hatását, a folyékony fém visszafolyik, megszilárdul és kötést képez.
A lézeres ponthegesztésnek két fő formája van: az impulzusos lézeres ponthegesztés és a folyamatos lézeres ponthegesztés.Az impulzuslézeres ponthegesztés lézersugár csúcsenergiája magas, de a hatásidő rövid, általában magnéziumötvözet, alumíniumötvözet és más könnyűfémek hegesztésére használják.A folyamatos lézeres ponthegesztésben a lézersugár átlagos teljesítménye magas, a lézer hatásideje hosszú, és széles körben használják az acélhegesztésben.
Ami az autókarosszéria-hegesztést illeti, az ellenállás-ponthegesztéshez képest a lézeres ponthegesztés előnye az érintésmentesség, a ponthegesztési pálya egymástól függetlenül tervezhető, stb. autókarosszéria anyagok.
Lézeres lengőhegesztési eljárás
A lézeres lengőhegesztés az elmúlt években javasolt új lézeres hegesztési technológia, amely széles körben foglalkoztatott.Ennek a technológiának az az elve, hogy a lézerhegesztőfejbe egy galvanométercsoportot integrálva a lézersugár gyorsan, rendezetten és kis tartományban történik, így a keverés közben előrehaladó lézersugár hatása érhető el.
A lézeres lengőhegesztési folyamat fő lengési pályái közé tartozik a keresztirányú lengés, a hosszanti lengés, a körkörös lengés és a végtelen lengés.A lézeres lengőhegesztési eljárás jelentős előnyökkel rendelkezik az autókarosszéria hegesztésében.A lézersugár lengés hatására az olvadékmedence áramlási állapota jelentősen megváltozik.Emiatt az eljárás nemcsak a nem ömlesztett hibát küszöbölheti ki, szemcsefinomítást érhet el, és elnyomhatja a porozitást ugyanazon karosszériaanyag hegesztésénél.Ezenkívül javíthatja az olyan problémákat is, mint például a különböző anyagok elégtelen keverése és a hegesztési varratok rossz mechanikai tulajdonságai az autókarosszéria heterogén anyagainak hegesztésekor.
Több lézersugaras hegesztési eljárás
Jelenleg az optikai szálas lézer több lézersugárra osztható a hegesztőfejbe szerelt osztómodul segítségével.A több lézersugaras hegesztés egyenértékű több hőforrás alkalmazásával a hegesztési folyamat során, a sugár energiaeloszlásának beállításával a különböző sugarak különböző funkciókat érhetnek el, például: a nagyobb energiasűrűségű sugár a fősugár, felelős a mélységért. áthatoló hegesztés;A sugár kisebb energiasűrűsége megtisztíthatja és előmelegítheti az anyag felületét, és növelheti a lézersugár energia elnyelését az anyagban.
A horganyzott nagy szilárdságú acélanyagot széles körben használják az autók karosszériájában.A több lézersugaras hegesztési technológia javíthatja a cinkgőz párolgási viselkedését és az olvadt medence dinamikus viselkedését a horganyzott acéllemez hegesztési folyamatában, javíthatja a porlasztási problémát és növelheti a hegesztés szakítószilárdságát.
Lézeres repülési hegesztési eljárás
A lézeres repülési hegesztési technológia egy új lézeres hegesztési technológia, amely nagy hegesztési hatásfokkal rendelkezik, és önállóan is tervezhető.A lézeres repülési hegesztés alapelve az, hogy amikor a lézersugár a pásztázó tükör X és Y tükreire esik, a tükör szögét független programozás szabályozza, hogy elérje a lézersugár bármely szögben történő eltérítését.
Az autókarosszéria hagyományos lézeres hegesztése főként a hegesztőrobot által meghajtott lézerhegesztőfej szinkron mozgásán alapul a hegesztési hatás elérése érdekében.Az autókarosszéria hegesztési hatékonyságát azonban erősen korlátozza a hegesztőrobot ismétlődő, oda-vissza mozgása a hegesztések nagy száma és a hosszú varratok miatt.Ezzel szemben a lézeres repülési hegesztésnek csak a tükör szögét kell beállítania, hogy egy bizonyos tartományon belül hegesztést érjen el.Ezért a lézeres repülési hegesztési technológia jelentősen javíthatja a hegesztési hatékonyságot, és széles körű alkalmazási kilátásokkal rendelkezik.
Összegzés és kilátás
Az autóipar fejlődésével a jövő karosszéria-hegesztési technológiája két szempontból is tovább fog fejlődni: a hegesztési folyamat és az intelligens technológia.
Az autókarosszéria, különösen az új energiahordozók karosszériája a könnyűsúly irányába fejlődik.A könnyű ötvözeteket, a kompozit anyagokat és a különböző anyagokat szélesebb körben használják majd az autók karosszériájában, a hagyományos lézeres hegesztési eljárás nehéz megfelelni a hegesztési követelményeknek, ezért a jó minőségű és hatékony hegesztési folyamat a jövőbeni fejlesztési trend lesz.
Az elmúlt években a feltörekvő lézeres hegesztési eljárások, mint például a lézeres lengőhegesztés, a többlézersugaras hegesztés, a lézersugaras hegesztés stb., előzetes elméleti kutatások és folyamatfeltárások voltak a hegesztés minősége és hegesztési hatékonysága szempontjából.A jövőben szorosan össze kell kapcsolni a kialakulóban lévő lézeres hegesztési folyamatot könnyű anyagokkal és különböző anyagokból készült hegesztési jelenetekkel az autók karosszériájában, mélyreható kutatásokat kell végezni a lézersugár lengési pályájának tervezésével, a több lézersugár energia hatásmechanizmusával kapcsolatban. és a repülési hegesztés hatékonyságának javítása, valamint egy kiforrott könnyű karosszéria-hegesztési eljárás felfedezése.
A karosszéria lézeres hegesztési technológiája mélyen integrálódik az intelligens technológiába.A hegesztési minőségben meghatározó szerepe van a karosszéria lézerhegesztési állapotának valós idejű észlelésének, valamint a folyamatparaméterek visszacsatolásos szabályozásának.A jelenlegi intelligens lézeres hegesztési technológiát leginkább a hegesztés előtti pályatervezésre és nyomon követésre, valamint a hegesztés utáni minőségellenőrzésre használják.Itthon és külföldön a hegesztési hibák észlelésével és a paraméteradaptív vezérléssel kapcsolatos kutatások még kezdeti szakaszban vannak, és a lézeres hegesztési folyamat paraméteres adaptív vezérlési technológiáját nem alkalmazták az autókarosszéria-gyártásban.
Ezért, tekintettel a lézeres hegesztési technológia gépjármű-karosszéria-hegesztési folyamatban való alkalmazási jellemzőire, intelligens érzékelőrendszert kell létrehozni a lézeres hegesztéshez fejlett többérzékelős maggal és egy nagy sebességű és nagy pontosságú hegesztőrobot vezérlőrendszerrel. a jövőben fejlesztették ki, hogy biztosítsák az intelligens lézerhegesztési technológia minden aspektusának valós idejét és pontosságát.Nyissa meg az „előhegesztési pályatervezés – a hegesztési minőség online detektálásának paraméter-adaptív vezérlése hegesztés után” linkjét a kiváló minőségű és hatékony feldolgozás érdekében.
Feladás időpontja: 2023.10.16