In quanto supporto di altre parti dell'auto, la tecnologia di produzione della carrozzeria determina direttamente la qualità complessiva della produzione dell'auto. Nel processo di produzione della carrozzeria, la saldatura è un processo produttivo importante. Le tecnologie di saldatura attualmente utilizzate per la saldatura delle carrozzerie comprendono principalmente la saldatura a punti a resistenza, la saldatura con gas inerte fuso (saldatura MIG) e la saldatura ad arco con gas attivo fuso (saldatura MAG), nonché la saldatura laser.
Essendo una tecnologia di saldatura avanzata con integrazione ottico-meccanica, la tecnologia di saldatura laser presenta i vantaggi di elevata densità di energia, elevata velocità di saldatura, basso stress e deformazione di saldatura e buona flessibilità rispetto alla tradizionale tecnologia di saldatura della carrozzeria.
La struttura della carrozzeria dell'auto è complessa e le parti della carrozzeria sono principalmente componenti curvi e a pareti sottili. La saldatura delle carrozzerie si trova ad affrontare difficoltà di saldatura quali variazioni nei materiali della carrozzeria, spessore variabile delle parti della carrozzeria, diverse traiettorie di saldatura e forme dei giunti. Inoltre, la saldatura delle carrozzerie automobilistiche presenta requisiti elevati in termini di qualità ed efficienza della saldatura.
Sulla base di parametri adeguati del processo di saldatura, la saldatura laser può garantire un'elevata resistenza alla fatica e agli urti delle parti chiave della carrozzeria durante la saldatura, garantendo così la qualità e la durata della saldatura della carrozzeria. La tecnologia di saldatura laser può adattarsi alla saldatura di parti di carrozzeria con diverse forme di giunzione, diversi spessori e diversi tipi di materiali, soddisfacendo la richiesta di flessibilità nella produzione di carrozzerie. Pertanto, la tecnologia di saldatura laser è un mezzo tecnico importante per raggiungere uno sviluppo di alta qualità dell’industria automobilistica.
Processo di saldatura laser per carrozzerie automobilistiche
Principio del processo di saldatura per fusione profonda del laser: quando la densità di potenza del laser raggiunge un certo livello, la superficie del materiale vaporizza, formando così un buco della serratura. Quando la pressione del vapore metallico all'interno del foro raggiunge l'equilibrio dinamico con la pressione statica e la tensione superficiale del liquido circostante, il laser può irradiarsi attraverso il buco della serratura fino al fondo del foro e, con il movimento del raggio laser, viene creata una saldatura continua. formato. Nel processo di saldatura laser per fusione profonda, non è necessario aggiungere flusso ausiliario o riempitivo per saldare il materiale del pezzo in uno solo.
Il cordone di saldatura ottenuto mediante saldatura laser per fusione profonda è generalmente liscio e diritto con una piccola deformazione, che contribuisce a migliorare la precisione di produzione della carrozzeria. La resistenza alla trazione della saldatura è elevata, il che garantisce la qualità della saldatura della carrozzeria. La velocità di saldatura è elevata, il che contribuisce a migliorare l'efficienza della produzione di saldatura.
Nel processo di saldatura della carrozzeria, l'uso del processo di saldatura laser per fusione profonda può ridurre significativamente il numero di parti, stampi e utensili di saldatura, riducendo così il peso morto della carrozzeria e i costi di produzione. Tuttavia, il processo di saldatura laser per fusione profonda è meno tollerante nei confronti dello spazio di assemblaggio delle parti da saldare 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 porosità.
La ricerca attuale mostra che nella saldatura di carrozzerie dello stesso materiale, ottimizzando i parametri di processo della saldatura laser per fusione profonda, è possibile ottenere una saldatura con buona formazione superficiale, minori difetti interni ed eccellenti proprietà meccaniche. Le eccellenti proprietà meccaniche della saldatura possono soddisfare i requisiti di utilizzo dei componenti saldati della carrozzeria. Tuttavia, nella saldatura delle carrozzerie, l'acciaio in lega di alluminio come rappresentante del processo di saldatura a fusione profonda laser di metalli eterogenei non è maturo, sebbene aggiungendo uno strato di transizione si possano ottenere prestazioni eccellenti della saldatura, ma i diversi materiali dello strato di transizione sul Il meccanismo di influenza dello strato IMC e il suo effetto sulla microstruttura del meccanismo di saldatura non sono chiari, necessitano di ulteriori studi approfonditi.
Processo di saldatura con riempimento di filo laser per carrozzeria automatica
Il processo di saldatura con apporto laser si basa sul seguente principio: un giunto saldato viene formato preriempiendo la saldatura con un filo specifico o alimentando il filo contemporaneamente durante il processo di saldatura laser. Ciò equivale ad alimentare una quantità approssimativamente omogenea di materiale metallico nel bagno di saldatura durante la saldatura per fusione profonda al laser. Lo schema seguente mostra il processo di saldatura con apporto laser.
Rispetto alla saldatura per fusione profonda con laser, la saldatura per apporto laser presenta due vantaggi nella saldatura di carrozzerie: in primo luogo, può migliorare significativamente la tolleranza dello spazio di assemblaggio tra le parti della carrozzeria da saldare e risolvere il problema dell'elevato gap conico richiesto per la saldatura per fusione profonda con laser. ; in secondo luogo, può migliorare la distribuzione del tessuto nell'area di saldatura utilizzando fili con contenuto di composizione diversa, e quindi regolare le prestazioni della saldatura.
Nel processo di produzione della carrozzeria, il processo di saldatura con riempitivo 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'auto, la tensione superficiale del bagno di fusione è ridotta, il che può facilmente portare al collasso del bagno di fusione, mentre il processo di saldatura con riempitivo laser può risolvere meglio il problema del collasso del bagno di fusione. attraverso la fusione del filo nel processo di saldatura laser.
Processo di brasatura laser della carrozzeria automobilistica
Il processo di brasatura laser si basa sul seguente principio: utilizzando un laser come fonte di calore, il raggio laser viene focalizzato e irradiato sulla superficie del filo, il filo si scioglie, il filo fuso gocciola e riempie il pezzo da saldare, e effetti metallurgici come fusione e diffusione si verificano tra il materiale di brasatura e il pezzo in lavorazione, unendo così il pezzo in lavorazione. A differenza del processo di saldatura per apporto laser, il processo di brasatura laser fonde solo il filo e non il pezzo da saldare. La brasatura laser ha una buona stabilità di saldatura, ma la resistenza alla trazione della saldatura risultante è bassa. La Figura 3 mostra l'applicazione del processo di brasatura laser nella saldatura della copertura del bagagliaio di un'auto
Nel processo di saldatura della carrozzeria, il processo di brasatura laser viene utilizzato principalmente per saldare le parti della carrozzeria che non richiedono un'elevata resistenza delle giunture, come la saldatura tra il coperchio superiore e i bordi laterali, la saldatura tra la parte superiore e inferiore del bagaglio copertura del vano, ecc. La copertura superiore di VW, Audi e altri modelli di fascia media e alta utilizza tutti il processo di brasatura laser.
I principali difetti nei giunti brasati al laser delle carrozzerie delle automobili includono rosicchiamento dei bordi, porosità, deformazione della saldatura, ecc., e i difetti possono essere significativamente soppressi regolando i parametri di processo e utilizzando il processo di brasatura laser multi-focus.
Processo di saldatura composita ad arco laser per carrozzeria automobilistica
Il principio del processo di saldatura composita ad arco laser è il seguente: due fonti di calore, laser e arco, vengono utilizzate per agire contemporaneamente sulla superficie del pezzo da saldare e il pezzo viene fuso e solidificato per formare un cordone di saldatura. Lo schema seguente mostra il processo di saldatura ad arco laser.
La saldatura composita ad arco laser combina i vantaggi della saldatura laser e della saldatura ad arco: in primo luogo, sotto l'azione di doppie fonti di calore, la velocità di saldatura può essere aumentata, l'apporto di calore diminuisce, la deformazione della saldatura è piccola, mantenendo le caratteristiche della saldatura laser ; in secondo luogo, una migliore capacità di colmare, la tolleranza del gap di assemblaggio è maggiore; in terzo luogo, la velocità di solidificazione del bagno di fusione diventa più lenta, il che favorisce l'eliminazione di pori, crepe e altri difetti di saldatura, migliora l'organizzazione e le prestazioni della zona interessata dal calore. In quarto luogo, grazie all'arco, è in grado di saldare materiali ad alta riflettività ed elevata conducibilità termica, con una gamma più ampia di materiali applicati.
Nel processo di produzione della carrozzeria dell'auto, il processo di saldatura composita laser-arco consiste principalmente nella saldatura di componenti in lega di alluminio della carrozzeria e metalli diversi in lega di alluminio-acciaio, per lo spazio di assemblaggio delle parti più grandi della saldatura, come la parte della portiera dell'auto nella posizione di saldatura, questo perché lo spazio di assemblaggio favorisce le prestazioni di saldatura composita laser-arco. Inoltre, la tecnologia di saldatura composita ad arco laser-MIG viene applicata anche alla posizione laterale della trave del tetto della carrozzeria Audi.
Nel processo di saldatura della carrozzeria, la saldatura composita ad arco laser presenta il vantaggio di un'ampia tolleranza rispetto alla saldatura laser singola, tuttavia, la saldatura composita ad arco laser richiede una considerazione completa della posizione relativa del laser e dell'arco, dei parametri di saldatura laser, dell'arco parametri e altri fattori. Il comportamento del trasferimento di calore e massa del processo di saldatura ad arco laser è complesso, in particolare la regolazione energetica della saldatura di materiali eterogenei e il meccanismo di regolazione dello spessore dell'IMC e dei tessuti non sono ancora chiari e richiedono un ulteriore rafforzamento della ricerca.
Altri processi di saldatura laser di carrozzerie automobilistiche
La saldatura laser per fusione profonda, la saldatura di riempimento laser, la brasatura laser e la saldatura composita ad arco laser e altri processi di saldatura hanno una teoria più matura e un'ampia gamma di applicazioni pratiche. Con l'aumento dei requisiti dell'industria automobilistica in termini di efficienza della saldatura delle carrozzerie e l'aumento della domanda di saldatura di materiali dissimili nella produzione leggera, la saldatura a punti laser, la saldatura oscillante laser, la saldatura a raggio multi-laser e la saldatura a volo laser hanno guadagnato attenzione.
Processo di saldatura a punti laser
La saldatura a punti laser è una tecnologia di saldatura laser avanzata con eccezionali vantaggi di velocità di saldatura elevata ed elevata precisione di saldatura. Il principio di base della saldatura a punti laser è focalizzare il raggio laser su un punto della parte da saldare, in modo che il metallo in quel punto si sciolga istantaneamente e 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 funzionare, il metallo liquido refluisce, si solidifica e forma un giunto.
Esistono due forme principali di saldatura a punti laser: saldatura a punti laser pulsata e saldatura a punti laser continua. Il raggio laser nella saldatura a punti laser pulsato ha un'energia di picco elevata, ma il tempo di azione è breve e viene generalmente utilizzato per la saldatura di metalli leggeri come le leghe di magnesio e le leghe di alluminio. Nella saldatura a punti laser continua, il raggio laser ha una potenza media elevata e un tempo di azione laser lungo e viene utilizzato principalmente per la saldatura dell'acciaio.
Nella saldatura della carrozzeria, rispetto alla saldatura a punti a resistenza, la saldatura a punti laser presenta i vantaggi di una traiettoria di saldatura a punti senza contatto e autoprogettata, che può soddisfare la richiesta di saldature di alta qualità con diversi spazi di sovrapposizione dei materiali della carrozzeria.
Processo di saldatura con oscillazione laser
La saldatura con oscillazione laser è una nuova tecnologia di saldatura laser che è stata proposta negli ultimi anni e ha ricevuto ampia attenzione. Il principio di questa tecnologia è quello di ottenere un'oscillazione rapida, ordinata e piccola del raggio laser integrando uno specchio oscillante nella testa di saldatura laser, ottenendo così l'effetto di agitazione del raggio mentre si muove in avanti durante la saldatura laser.
Le principali traiettorie di oscillazione nel processo di saldatura con oscillazione laser comprendono: oscillazione trasversale, oscillazione longitudinale, oscillazione circolare e oscillazione infinita. Il processo di saldatura con oscillazione laser presenta vantaggi significativi nella saldatura di carrozzerie, poiché lo stato del flusso del bagno di fusione viene modificato in modo significativo dall'oscillazione del raggio laser, quindi il processo può eliminare i difetti non fusi, ottenere un affinamento del grano e sopprimere la porosità nella saldatura di lo stesso materiale della carrozzeria e migliorano i problemi di insufficiente miscelazione di materiali diversi e di scarse proprietà meccaniche del cordone di saldatura nella saldatura di materiali diversi della carrozzeria.
Processo di saldatura a raggio multi-laser
Attualmente, i laser a fibra possono essere utilizzati per dividere un singolo raggio laser in più raggi laser utilizzando un modulo di divisione del raggio installato nella testa di saldatura. La saldatura a raggio laser multiplo 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 saldatura a fusione profonda; il sottoraggio con densità di energia inferiore può pulire e preriscaldare la superficie del materiale e aumentare l'assorbimento dell'energia del raggio laser da parte del materiale.
Il processo di saldatura a raggio multi-laser può migliorare il comportamento di evaporazione del vapore di zinco e il comportamento dinamico del bagno di fusione durante la saldatura di lamiere di acciaio zincato, migliorare il problema degli spruzzi e aumentare la resistenza alla trazione del cordone di saldatura.
Processo di saldatura a volo laser
La tecnologia di saldatura a volo laser è una nuova tecnologia di saldatura laser con elevata efficienza di saldatura e progettazione autonoma della traiettoria di saldatura. 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 viene controllato tramite programmazione autonoma per ottenere la deflessione del raggio laser a qualsiasi angolazione.
Tradizionalmente, la saldatura laser della carrozzeria si basa principalmente sul robot di saldatura per azionare la testa di saldatura laser per un movimento sincrono per ottenere l'effetto di saldatura. Tuttavia, il movimento alternativo ripetitivo del robot di saldatura limita gravemente l'efficienza della saldatura della carrozzeria a causa dell'elevato numero di saldature e della lunga lunghezza delle saldature. Al contrario, la saldatura laser a volo può essere ottenuta entro un certo intervallo semplicemente regolando l'angolo del riflettore. Pertanto, la tecnologia di saldatura a volo laser può migliorare significativamente l'efficienza della saldatura e ha un'ampia prospettiva di applicazione.
Riepilogo
Con lo sviluppo dell'industria automobilistica, il futuro della tecnologia di saldatura della carrozzeria continuerà a svilupparsi sia nel processo di saldatura che nella tecnologia intelligente.
La carrozzeria dell'auto, in particolare quella dei veicoli a nuova energia, si sta sviluppando nella direzione della leggerezza. Leghe leggere, materiali compositi e materiali eterogenei 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 nella qualità della saldatura e nell'efficienza della saldatura della ricerca teorica iniziale e dell'esplorazione del processo. Il futuro deve essere l'emergente processo di saldatura laser e i materiali leggeri delle carrozzerie delle automobili, la saldatura di materiali eterogenei e altri scenari strettamente combinati, la progettazione della traiettoria di oscillazione del raggio laser, il meccanismo di azione dell'energia del raggio laser multiplo e il miglioramento dell'efficienza della saldatura di volo e altri aspetti dell'in- ricerca approfondita per esplorare un processo maturo di saldatura di carrozzerie leggere.
La tecnologia di saldatura laser della carrozzeria è profondamente integrata con la tecnologia intelligente, il rilevamento in tempo reale dello stato della saldatura laser della carrozzeria e il controllo feedback dei parametri di processo hanno 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. La ricerca nazionale ed estera nel rilevamento dei difetti di saldatura e nella regolazione adattiva dei parametri è ancora agli inizi e la tecnologia di controllo adattivo dei parametri del processo di saldatura laser non è stata applicata nella produzione di carrozzerie.
Pertanto, per l'applicazione della tecnologia di saldatura laser nelle caratteristiche del processo di saldatura della carrozzeria, il futuro dovrebbe essere sviluppato con un avanzato sistema di rilevamento intelligente della saldatura laser con nucleo multisensore e un sistema di controllo del robot di saldatura ad alta velocità e precisione per garantire che la saldatura laser tecnologia intelligente in tempo reale e precisione di ciascun collegamento, attraverso il collegamento "pianificazione della traiettoria pre-saldatura - controllo adattivo dei parametri di saldatura ispezione online della qualità post-saldatura", per garantire un'elevata qualità e un'elaborazione efficiente.
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Orario di pubblicazione: 09-dic-2022
