introduzione
Poiché la carrozzeria del veicolo è il supporto di altre parti del veicolo, la sua tecnologia di produzione determina direttamente la qualità complessiva della produzione del veicolo.La saldatura è un processo produttivo importante nel processo di fabbricazione della carrozzeria delle automobili.Attualmente, le tecnologie di saldatura utilizzate per la saldatura delle carrozzerie automobilistiche comprendono principalmente la saldatura a punti a resistenza, la saldatura MIG, la saldatura MAG e la saldatura laser.
La tecnologia di saldatura laser come tecnologia di saldatura di integrazione optoelettromeccanica avanzata, rispetto alla tradizionale tecnologia di saldatura della carrozzeria delle automobili, presenta i vantaggi di un'elevata densità di energia, un'elevata velocità di saldatura, piccoli stress e deformazioni di saldatura e una buona flessibilità.
La struttura della carrozzeria dell'automobile è complessa e i suoi componenti sono principalmente a pareti sottili e curvi.La saldatura della carrozzeria delle automobili deve affrontare alcune difficoltà, come cambiamenti nel materiale della carrozzeria, diversi spessori delle parti della carrozzeria, traiettorie di saldatura diversificate e forme dei giunti.Inoltre, la saldatura della carrozzeria delle automobili presenta requisiti elevati in termini di qualità ed efficienza della saldatura.
Sulla base dei parametri appropriati del processo di saldatura, la saldatura laser può garantire l'elevata resistenza alla fatica e la resistenza agli urti dei componenti chiave della carrozzeria, in modo da garantire la qualità della saldatura e la durata della carrozzeria.La tecnologia di saldatura laser può adattarsi a diverse forme di giunto, diversi spessori e diversi tipi di materiali di saldatura di parti di carrozzeria, per soddisfare le esigenze flessibili della produzione di carrozzerie.Pertanto, la tecnologia di saldatura laser è un mezzo tecnico importante per raggiungere uno sviluppo di alta qualità dell’industria automobilistica.
Tecnologia di saldatura laser della carrozzeria dell'automobile
Tecnologia di saldatura laser a penetrazione profonda della carrozzeria dell'automobile
Il principio del processo di saldatura a penetrazione profonda del laser (Figura 1) è il seguente: quando la densità di potenza del laser raggiunge un certo livello, la superficie del materiale vaporizza, formando un buco della serratura.Quando la pressione del vapore metallico nel foro raggiunge un equilibrio dinamico con la pressione statica e la tensione superficiale del liquido circostante, il laser può essere irradiato sul fondo del foro attraverso il buco della serratura e, con il movimento del raggio laser, un flusso continuo si forma la saldatura.Durante il processo di saldatura laser a penetrazione profonda, non è necessario aggiungere flusso ausiliario o riempitivo e i materiali del pezzo possono essere saldati insieme.
FICO.1 Diagramma schematico del processo di saldatura laser a penetrazione profonda
La saldatura ottenuta mediante saldatura laser a penetrazione profonda è generalmente liscia e diritta e la deformazione è piccola, il che contribuisce a migliorare la precisione di produzione della carrozzeria dell'automobile.L'elevata resistenza alla trazione della saldatura garantisce la qualità della saldatura della carrozzeria dell'automobile.La velocità di saldatura è elevata, il che contribuisce a migliorare l'efficienza della produzione di saldatura.
Nel processo di saldatura della carrozzeria dell'automobile, l'uso del processo di saldatura laser a penetrazione profonda può ridurre notevolmente il numero di parti, stampi e strumenti di saldatura, riducendo così il peso della carrozzeria e i costi di produzione.Tuttavia, il processo di saldatura laser a penetrazione profonda ha una scarsa tolleranza per lo spazio di assemblaggio delle parti saldate e lo spazio di assemblaggio deve essere controllato tra 0,05 e 2 mm.Se lo spazio di assemblaggio è troppo grande, si verificheranno difetti di saldatura come i pori.
La ricerca attuale mostra che la saldatura con una buona formatura superficiale, meno difetti interni ed eccellenti proprietà meccaniche può essere ottenuta ottimizzando i parametri di processo della saldatura laser a penetrazione profonda nella saldatura dello stesso materiale della carrozzeria dell'automobile.Le eccellenti proprietà meccaniche della saldatura possono soddisfare le esigenze dei componenti di saldatura della carrozzeria dell'automobile.Tuttavia, nella saldatura delle carrozzerie delle automobili, la diversa tecnologia di saldatura laser a penetrazione profonda dei metalli rappresentata dalla lega di alluminio e dall'acciaio non è matura.Sebbene sia possibile ottenere cordoni di saldatura con prestazioni eccellenti aggiungendo strati di transizione, il meccanismo di influenza dei diversi materiali dello strato di transizione sullo strato IMC e il loro meccanismo di azione sulla microstruttura della saldatura non sono chiari e sono necessarie ulteriori ricerche.
Processo di saldatura di riempimento del filo laser della carrozzeria dell'automobile
Il principio del processo di saldatura con filo di apporto laser è il seguente: un giunto saldato viene formato preriempiendo un filo di saldatura specifico nella saldatura o alimentando il filo di saldatura contemporaneamente durante il processo di saldatura laser.Ciò equivale a immettere materiale del filo di saldatura approssimativamente omogeneo nel bagno di saldatura durante la saldatura a penetrazione profonda del laser.Il diagramma schematico del processo di saldatura con filo di apporto laser è mostrato nella Figura 2.
FICO.2 Diagramma schematico del processo di saldatura con riempimento di filo laser
Rispetto alla saldatura laser a penetrazione profonda, la saldatura di riempimento laser a filo presenta due vantaggi nella saldatura della carrozzeria: in primo luogo, può migliorare notevolmente la tolleranza dello spazio di assemblaggio tra le parti della carrozzeria da saldare e risolvere il problema della saldatura laser a penetrazione profonda. richiede troppo spazio libero nella scanalatura;In secondo luogo, la distribuzione del tessuto dell'area di saldatura può essere migliorata utilizzando fili di saldatura con contenuti di composizione diversi, e quindi è possibile regolare le prestazioni della saldatura.
Nel processo di produzione della carrozzeria delle automobili, il processo di saldatura con riempimento a filo laser viene utilizzato principalmente per saldare parti della carrozzeria in lega di alluminio e acciaio.Soprattutto nel processo di saldatura di parti in lega di alluminio della carrozzeria dell'automobile, la tensione superficiale del bagno di fusione è piccola, il che può facilmente portare al collasso del bagno di fusione, e il processo di saldatura con riempimento a filo laser può risolvere meglio il problema del collasso del bagno di fusione. sciogliendo il filo di saldatura.
Tecnologia di brasatura laser della carrozzeria dell'automobile
Il principio del processo di brasatura laser è il seguente: il laser viene utilizzato come fonte di calore, il raggio laser viene illuminato sulla superficie del filo di saldatura dopo essere stato focalizzato, il filo di saldatura viene fuso, il filo fuso cade e viene riempito tra parti da saldare e si verificano effetti metallurgici come fusione e diffusione tra il metallo d'apporto e il pezzo in lavorazione, in modo che il pezzo sia collegato.A differenza del processo di saldatura laser con riempimento a filo, il processo di brasatura laser scioglie solo il filo e non il pezzo da saldare.La brasatura laser ha una buona stabilità della saldatura, ma la resistenza alla trazione della saldatura è bassa.FICO.3 mostra l'applicazione del processo di brasatura laser nella saldatura del cofano del bagagliaio di un'automobile.
FICO.3 Applicazione della brasatura laser nell'automobile: (a) saldatura laser del cofano posteriore;(b) Diagramma schematico della brasatura laser
Nel processo di saldatura della carrozzeria dell'automobile, il processo di brasatura laser salda principalmente le parti della carrozzeria con bassi requisiti di resistenza delle giunture, come la saldatura tra il coperchio superiore e la parete laterale della carrozzeria, la saldatura tra le parti superiore e inferiore del bagagliaio coperchio, ecc., Volkswagen, Audi e altri modelli di fascia alta del coperchio superiore utilizzano il processo di brasatura laser.
I principali difetti nel cordone di saldatura per brasatura laser della carrozzeria di un'automobile includono mordenzatura dei bordi, porosità, deformazione della saldatura, ecc. I difetti possono essere eliminati ovviamente regolando i parametri del processo e utilizzando il processo di brasatura laser multi-focus.
Tecnologia di saldatura composita ad arco laser della carrozzeria di un'automobile
Il principio del processo di saldatura composita ad arco laser è il seguente: utilizzando due fonti di calore laser e arco per agire contemporaneamente sulla superficie del pezzo da saldare, il pezzo viene fuso e solidificato per formare una saldatura.La Figura 4 mostra il diagramma schematico del processo di saldatura composita ad arco laser.
FICO.4 Diagramma schematico del processo di saldatura composita con arco laser
La saldatura composita ad arco laser presenta i vantaggi sia della saldatura laser che della saldatura ad arco: in primo luogo, sotto l'azione di doppie fonti di calore, la velocità di saldatura è migliorata, l'apporto di calore è ridotto, la deformazione della saldatura è ridotta e le caratteristiche della saldatura laser sono mantenuti;In secondo luogo, ha una migliore capacità di collegamento e una maggiore tolleranza del gap di assemblaggio;In terzo luogo, la velocità di solidificazione del bagno di fusione è lenta, il che favorisce l'eliminazione dei difetti di saldatura come pori e crepe e il miglioramento della struttura e delle prestazioni della zona interessata dal calore.In quarto luogo, a causa dell'effetto dell'arco, può saldare materiali con elevata riflettività e elevata conduttività termica e la gamma di materiali applicativi è più ampia.
Nel processo di produzione di carrozzerie automobilistiche, il processo di saldatura composita ad arco laser serve principalmente a saldare componenti in lega di alluminio della carrozzeria e metalli diversi alluminio-acciaio, e la saldatura viene eseguita per parti con ampi spazi di assemblaggio, come la saldatura di parti di la portiera dell'auto, poiché lo spazio di assemblaggio favorisce il gioco delle prestazioni del ponte della saldatura composita ad arco laser.Inoltre, la tecnologia di saldatura composita ad arco laser-MIG viene applicata anche alla posizione della trave superiore laterale della carrozzeria Audi.
Nel processo di saldatura della carrozzeria di automobili, la saldatura composita ad arco laser presenta il vantaggio di una maggiore tolleranza dello spazio rispetto alla saldatura laser singola, ma la posizione relativa di laser e arco, i parametri di saldatura laser, i parametri dell'arco e altri fattori devono essere considerati in modo completo.Il comportamento del trasferimento di calore e massa nella saldatura ad arco laser è complesso, in particolare il meccanismo di regolazione dell'energia e la regolazione dello spessore e della struttura dell'IMC nella saldatura di materiali dissimili non è ancora chiaro e sono necessarie ulteriori ricerche.
Altri processi di saldatura laser di carrozzerie automobilistiche
La saldatura laser a penetrazione profonda, la saldatura di riempimento del filo laser, la brasatura laser e la saldatura composita ad arco laser e altri processi di saldatura hanno rappresentato una teoria più matura e ampie applicazioni pratiche.Con il miglioramento dei requisiti dell'industria automobilistica per l'efficienza della saldatura della carrozzeria e l'aumento della domanda di saldatura di materiali dissimili nella produzione automobilistica leggera, è stata prestata attenzione alla saldatura a punti laser, alla saldatura laser oscillante, alla saldatura a raggio multi-laser e alla saldatura a volo laser. A.
Processo di saldatura a punti laser
La saldatura a punti laser è una tecnologia di saldatura laser avanzata, che presenta i vantaggi di un'elevata velocità di saldatura e di un'elevata precisione di saldatura.Il principio di base della saldatura a punti laser è focalizzare il raggio laser su un determinato punto della parte da saldare, in modo che il metallo nel punto venga fuso istantaneamente, regolando la densità del laser per ottenere una saldatura a conduzione termica o un effetto di saldatura per fusione profonda , quando il raggio laser smette di agire, il metallo liquido rifluisce, solidificandosi per formare un giunto.
Esistono due forme principali di saldatura a punti laser: saldatura a punti laser pulsata e saldatura a punti laser continua.L'energia di picco del raggio laser della saldatura a punti laser pulsata è elevata, ma il tempo di azione è breve, generalmente utilizzato per la saldatura di leghe di magnesio, leghe di alluminio e altri metalli leggeri.La potenza media del raggio laser nella saldatura a punti laser continua è elevata, il tempo di azione del laser è lungo ed è ampiamente utilizzato nella saldatura dell'acciaio.
In termini di saldatura della carrozzeria dell'automobile, rispetto alla saldatura a punti a resistenza, la saldatura a punti laser presenta i vantaggi del senza contatto, la traiettoria della saldatura a punti può essere progettata in modo indipendente, ecc., in grado di soddisfare i requisiti di saldatura di alta qualità con diversi intervalli di sovrapposizione di materiali della carrozzeria dell'automobile.
Processo di saldatura laser oscillante
La saldatura laser swing è una nuova tecnologia di saldatura laser proposta negli ultimi anni, che è stata ampiamente interessata.Il principio di questa tecnologia è: integrando un gruppo galvanometrico sulla testa di saldatura laser, il raggio laser è rapido, ordinato e in un raggio ristretto, in modo da ottenere l'effetto del raggio laser che avanza agitandosi.
Le principali traiettorie di oscillazione nel processo di saldatura laser oscillante comprendono oscillazione trasversale, oscillazione longitudinale, oscillazione circolare e oscillazione infinita.Il processo di saldatura laser oscillante presenta vantaggi significativi nella saldatura della carrozzeria dell'automobile.Sotto l'azione dell'oscillazione del raggio laser, lo stato del flusso del bagno di fusione viene modificato in modo significativo.Pertanto, il processo non solo può eliminare il difetto non fuso, ottenere un raffinamento del grano e sopprimere la porosità nella saldatura dello stesso materiale della carrozzeria dell'automobile.Inoltre, può anche migliorare problemi quali la miscelazione insufficiente di materiali diversi e le scarse proprietà meccaniche delle saldature nella saldatura di materiali eterogenei della carrozzeria dell'automobile.
Processo di saldatura a raggio multi-laser
Attualmente, il laser a fibra ottica può essere diviso in più raggi laser tramite un modulo splitter installato nella testa di saldatura.La saldatura a raggio multi-laser equivale all'applicazione di più fonti di calore nel processo di saldatura, regolando la distribuzione dell'energia del raggio, diversi raggi possono ottenere diverse funzioni, come ad esempio: il raggio con maggiore densità di energia è il raggio principale, responsabile della profondità saldatura a penetrazione;La minore densità di energia del raggio può pulire e preriscaldare la superficie del materiale e aumentare l'assorbimento dell'energia del raggio laser da parte del materiale.
Il materiale in acciaio zincato ad alta resistenza è ampiamente utilizzato nella carrozzeria delle automobili.La tecnologia di saldatura a raggio multi-laser può migliorare il comportamento di evaporazione del vapore di zinco e il comportamento dinamico del bagno fuso nel processo di saldatura della lamiera di acciaio zincato, migliorare il problema dello sputtering e aumentare la resistenza alla trazione della saldatura.
Processo di saldatura a volo laser
La tecnologia di saldatura a volo laser è una nuova tecnologia di saldatura laser, che ha un'elevata efficienza di saldatura e può essere progettata in modo indipendente.Il principio di base della saldatura laser a volo è che quando il raggio laser incide sugli specchi X e Y dello specchio di scansione, l'angolo dello specchio è controllato da una programmazione indipendente per ottenere la deflessione del raggio laser a qualsiasi angolo.
La tradizionale saldatura laser della carrozzeria dell'automobile si basa principalmente sul movimento sincrono della testa di saldatura laser guidata dal robot di saldatura per ottenere l'effetto di saldatura.Tuttavia, l’efficienza della saldatura della carrozzeria dell’automobile è fortemente limitata dal movimento alternativo ripetitivo del robot di saldatura a causa dell’elevato numero di saldature e della loro lunga lunghezza.Al contrario, la saldatura laser a volo richiede solo la regolazione dell'angolo dello specchio per ottenere la saldatura entro un determinato intervallo.Pertanto, la tecnologia di saldatura a volo laser può migliorare significativamente l'efficienza della saldatura e ha ampie prospettive di applicazione.
Sintesi e prospettiva
Con lo sviluppo dell'industria automobilistica, la futura tecnologia di saldatura delle carrozzerie continuerà a svilupparsi sotto due aspetti: processo di saldatura e tecnologia intelligente.
La carrozzeria delle automobili, in particolare quella dei veicoli a nuova energia, si sta sviluppando nella direzione della leggerezza.Leghe leggere, materiali compositi e materiali dissimili saranno più ampiamente utilizzati nella carrozzeria delle automobili, il processo di saldatura laser convenzionale è difficile da soddisfare i requisiti di saldatura, quindi il processo di saldatura efficiente e di alta qualità diventerà la tendenza di sviluppo futura.
Negli ultimi anni, i processi emergenti di saldatura laser, come la saldatura laser oscillante, la saldatura a raggio multi-laser, la saldatura a volo laser, ecc., sono stati ricerche teoriche preliminari ed esplorazione dei processi in termini di qualità ed efficienza della saldatura.In futuro, sarà necessario combinare da vicino il processo emergente di saldatura laser con materiali leggeri e scene di saldatura di materiali dissimili della carrozzeria dell'automobile, condurre ricerche approfondite sulla progettazione della traiettoria di oscillazione del raggio laser, sul meccanismo d'azione dell'energia multi-raggio laser e il miglioramento dell'efficienza della saldatura di volo ed esplorare un processo maturo di saldatura della carrozzeria di automobili leggere.
La tecnologia di saldatura laser della carrozzeria dell'automobile è profondamente integrata con la tecnologia intelligente.La percezione in tempo reale dello stato della saldatura laser della carrozzeria dell'auto e il controllo feedback dei parametri di processo svolgono un ruolo decisivo nella qualità della saldatura.L'attuale tecnologia di saldatura laser intelligente viene utilizzata principalmente per la pianificazione e il monitoraggio della traiettoria pre-saldatura e per l'ispezione della qualità post-saldatura.In patria e all'estero, la ricerca sul rilevamento dei difetti di saldatura e sul controllo adattativo dei parametri è ancora nella fase iniziale e la tecnologia di controllo adattativo dei parametri del processo di saldatura laser non è stata applicata nella produzione di carrozzerie automobilistiche.
Pertanto, in considerazione delle caratteristiche applicative della tecnologia di saldatura laser nel processo di saldatura della carrozzeria delle automobili, dovrebbe essere un sistema di rilevamento intelligente per la saldatura laser con multisensori avanzati come nucleo e un sistema di controllo del robot di saldatura ad alta velocità e precisione. sviluppato in futuro per garantire il tempo reale e la precisione di tutti gli aspetti della tecnologia di saldatura laser intelligente.Aprire il collegamento di “pianificazione della traiettoria pre-saldatura – controllo adattivo dei parametri del rilevamento online della qualità della saldatura dopo la saldatura” per garantire un’elaborazione efficiente e di alta qualità.
Orario di pubblicazione: 16 ottobre 2023