Kot nosilec drugih delov avtomobila, tehnologija izdelave karoserije neposredno določa splošno kakovost izdelave avtomobila. V procesu izdelave karoserij je varjenje pomemben proizvodni postopek. Tehnologije varjenja, ki se trenutno uporabljajo za varjenje karoserij, vključujejo predvsem uporovno točkovno varjenje, varjenje v zaščitni tekočini s staljenim inertnim plinom (MIG varjenje) in obločno varjenje v zaščitni tekočini s staljenim aktivnim plinom (MAG varjenje) ter lasersko varjenje.
Kot napredna tehnologija varjenja z optično-mehansko integracijo ima tehnologija laserskega varjenja prednosti visoke gostote energije, visoke hitrosti varjenja, nizke napetosti in deformacije pri varjenju ter dobre fleksibilnosti v primerjavi s tradicionalno tehnologijo varjenja karoserij avtomobilov.
Struktura karoserije avtomobila je kompleksna, deli karoserije pa so večinoma tankostenski in ukrivljeni. Varjenje karoserij se sooča s težavami pri varjenju, kot so razlike v materialih karoserije, različna debelina delov karoserije, različne varilne poti in oblike spojev. Poleg tega ima varjenje avtomobilskih karoserij visoke zahteve glede kakovosti in učinkovitosti varjenja.
Z ustreznimi parametri varilnega procesa lahko lasersko varjenje zagotovi visoko utrujenostno trdnost in udarno žilavost ključnih delov karoserije pri varjenju, s čimer se zagotovi kakovost in življenjska doba varjenja karoserije. Tehnologija laserskega varjenja se lahko prilagodi varjenju delov karoserije z različnimi oblikami spojev, različnimi debelinami in različnimi vrstami materialov, s čimer zadovolji zahteve po fleksibilnosti pri izdelavi karoserij. Zato je tehnologija laserskega varjenja pomembno tehnično sredstvo za doseganje visokokakovostnega razvoja avtomobilske industrije.
Postopek laserskega varjenja za avtomobilske karoserije
Načelo postopka laserskega globokega taljenja: Ko gostota laserske moči doseže določeno raven, površina materiala upari in tako tvori ključavnico. Ko tlak kovinske pare v luknji doseže dinamično ravnovesje s statičnim tlakom in površinsko napetostjo okoliške tekočine, lahko laser obseva skozi ključavnico do dna luknje in z gibanjem laserskega žarka se tvori neprekinjen zvar. Pri postopku laserskega globokega taljenja ni treba dodajati pomožnega fluksa ali polnila za varjenje lastnega materiala obdelovanca v eno.
Varilni šiv, pridobljen z laserskim globokim fuzijskim varjenjem, je običajno gladek in raven z majhno deformacijo, kar prispeva k izboljšanju natančnosti izdelave karoserije. Natezna trdnost zvara je visoka, kar zagotavlja kakovost varjenja karoserije. Hitrost varjenja je visoka, kar prispeva k izboljšanju učinkovitosti varjenja.
Pri varjenju karoserij avtomobilov lahko uporaba laserskega globokega taljenja znatno zmanjša število delov, kalupov in varilnega orodja, s čimer se zmanjša lastniška teža karoserije in proizvodni stroški. Vendar pa je postopek laserskega globokega taljenja manj toleranten na montažno režo varjenih delov, ki jo je treba variti, in jo je treba nadzorovati med 0,05 in 2 mm. Če je montažna reža prevelika, se bodo pojavile napake pri varjenju, kot je poroznost.
Trenutne raziskave kažejo, da je pri varjenju karoserij istega materiala z optimizacijo procesnih parametrov laserskega globokega taljenja mogoče doseči zvar z dobro površinsko obliko, manj notranjimi napakami in odličnimi mehanskimi lastnostmi. Odlične mehanske lastnosti zvara lahko izpolnjujejo zahteve uporabe varjenih komponent karoserije. Vendar pa pri varjenju karoserij aluminijeve zlitine in jekla kot predstavnik postopka laserskega globokega taljenja heterogenih kovin še ni zrel, čeprav lahko z dodajanjem prehodne plasti dosežemo odlične lastnosti zvara, vendar različni materiali prehodne plasti vplivajo na mehanizem IMC plasti in njen vpliv na mikrostrukturo mehanizma varjenja in potrebujejo nadaljnje poglobljene raziskave.
Postopek varjenja z laserskim polnjenjem žic za avtomobilsko karoserijo
Postopek laserskega varjenja z polnilom temelji na naslednjem načelu: varjeni spoj se oblikuje s predhodnim polnjenjem zvara z določeno žico ali s sočasnim dovajanjem žice med postopkom laserskega varjenja. To je enakovredno dovajanju približno homogene količine žičnega materiala v varilno kad med laserskim varjenjem z globokim zlitjem. Spodnji diagram prikazuje postopek laserskega varjenja z polnilom.
V primerjavi z laserskim varjenjem z globokim zlitjem ima lasersko varjenje z polnilom dve prednosti pri varjenju karoserij avtomobilov: prvič, lahko znatno izboljša toleranco montažne reže med deli karoserije, ki jih je treba variti, in reši problem zahteve po visoki poševni reži pri laserskem varjenju z globokim zlitjem; drugič, lahko izboljša porazdelitev tkiva v varjenem območju z uporabo žic z različno sestavo in nato regulira učinkovitost varjenja.
V procesu izdelave avtomobilskih karoserij se postopek laserskega varjenja z polnilom uporablja predvsem za varjenje aluminijevih zlitin in jeklenih delov karoserije. Zlasti pri postopku varjenja aluminijevih zlitin je površinska napetost staljene talilne lokve majhna, kar lahko zlahka povzroči njeno sesutje, medtem ko postopek laserskega varjenja z polnilom lahko bolje reši problem sesutja staljene lokve s taljenjem žice med laserskim varjenjem.
Postopek laserskega spajkanja avtomobilske karoserije
Postopek laserskega spajkanja temelji na naslednjem načelu: z laserjem kot virom toplote se laserski žarek usmeri in obseva površino žice, kjer se žica stopi, staljena žica kaplja navzdol in napolni obdelovanec, med spajkanim materialom in obdelovancem pa pride do metalurških učinkov, kot sta taljenje in difuzija, s čimer se obdelovanec združi. Za razliko od postopka laserskega polnilne žice se pri postopku laserskega spajkanja tali le žica in ne obdelovanca, ki ga je treba variti. Lasersko spajkanje ima dobro stabilnost varjenja, vendar je natezna trdnost nastalega zvara nizka. Slika 3 prikazuje uporabo postopka laserskega spajkanja pri varjenju pokrova prtljažnika avtomobila.
Pri varjenju karoserij avtomobilov se lasersko spajkanje uporablja predvsem za varjenje delov karoserije, ki ne zahtevajo visoke trdnosti spoja, kot so varjenje med zgornjim pokrovom in stranskimi okvirji, varjenje med zgornjim in spodnjim delom pokrova prtljažnika itd. Zgornji pokrovi VW, Audi in drugih modelov srednjega in višjega cenovnega razreda uporabljajo lasersko spajkanje.
Glavne napake v lasersko spajkanih spojih avtomobilskih karoserij vključujejo glodanje robov, poroznost, deformacijo zvara itd., napake pa je mogoče znatno zmanjšati z regulacijo procesnih parametrov in uporabo večfokusnega laserskega spajkanja.
Postopek lasersko-obločnega varjenja kompozitnih materialov za avtomobilske karoserije
Načelo postopka varjenja kompozitnih materialov z laserskim oblokom je naslednje: na površino obdelovanca, ki ga je treba variti, hkrati delujeta dva vira toplote, laser in oblok, ki se nato stopi in strdi v varilni šiv. Spodnji diagram prikazuje postopek varjenja z laserskim oblokom.
Lasersko obločno kompozitno varjenje združuje prednosti laserskega in obločnega varjenja: prvič, pod vplivom dveh virov toplote se lahko poveča hitrost varjenja, zmanjša se vnos toplote, zmanjša se deformacija zvara in ohranijo se lastnosti laserskega varjenja; drugič, boljša je sposobnost premostitve, večja je toleranca montažne reže; tretjič, hitrost strjevanja staljene talne mase se upočasni, kar prispeva k odpravi por, razpok in drugih napak pri varjenju ter izboljša organizacijo in delovanje toplotno prizadetega območja. Četrtič, zaradi obloka je mogoče variti materiale z visoko odbojnostjo in visoko toplotno prevodnostjo ter uporabiti širši nabor materialov.
Pri izdelavi karoserij avtomobilov se postopek lasersko-obločnega kompozitnega varjenja uporablja predvsem za varjenje komponent karoserije iz aluminijevih zlitin in različnih kovin iz aluminijevih zlitin in jekla. Pri montažni reži večjih delov varjenja, kot je na primer mesto varjenja na vratih avtomobila, je to zato, ker montažna reža ugodno vpliva na premostitev lasersko-obločnega kompozitnega varjenja. Poleg tega se tehnologija lasersko-MIG obločnega kompozitnega varjenja uporablja tudi na položaju stranskih strešnih nosilcev karoserije Audi.
Pri varjenju karoserij avtomobilov ima lasersko obločno kompozitno varjenje prednost velike tolerance reže v primerjavi z enojnim laserskim varjenjem, vendar zahteva lasersko obločno kompozitno varjenje celovito upoštevanje relativnega položaja laserja in obloka, parametrov laserskega varjenja, parametrov obloka in drugih dejavnikov. Prenos toplote in mase pri lasersko obločnem varjenju je kompleksen, zlasti regulacija energije varjenja heterogenih materialov in mehanizem regulacije debeline in tkiva IMC še vedno nista jasna in zahtevata nadaljnje poglobljene raziskave.
Drugi postopki laserskega varjenja avtomobilskih karoserij
Lasersko varjenje z globokim zlitjem, lasersko varjenje z dodajalnim materialom, lasersko spajkanje in lasersko obločno varjenje kompozitnih materialov ter drugi varilni postopki imajo bolj zrelo teorijo in širok spekter praktičnih uporab. Ker se zahteve avtomobilske industrije po učinkovitosti varjenja karoserij povečujejo in se povečuje povpraševanje po varjenju različnih materialov v lahki proizvodnji, so pozornost pridobili lasersko točkovno varjenje, lasersko oscilacijsko varjenje, varjenje z več laserskimi žarki in lasersko varjenje z letečim žarkom.
Postopek laserskega točkovnega varjenja
Točkovno lasersko varjenje je napredna tehnologija laserskega varjenja z izjemnimi prednostmi visoke hitrosti varjenja in visoke natančnosti varjenja. Osnovno načelo točkovnega laserskega varjenja je fokusiranje laserskega žarka na točko na varjenem delu, tako da se kovina na tej točki takoj stopi, in s prilagajanjem gostote laserja dosežemo učinek toplotnega prevodnega varjenja ali varjenja z globokim talilom. Ko laserski žarek preneha delovati, se tekoča kovina zavre, strdi in tvori spoj.
Obstajata dve glavni obliki laserskega točkovnega varjenja: pulzno lasersko točkovno varjenje in neprekinjeno lasersko točkovno varjenje. Laserski žarek pri pulznem laserskem točkovnem varjenju ima visoko temensko energijo, vendar je čas delovanja kratek in se običajno uporablja za varjenje lahkih kovin, kot so magnezijeve in aluminijeve zlitine. Pri neprekinjenem laserskem točkovnem varjenju ima laserski žarek visoko povprečno moč in dolg čas delovanja ter se večinoma uporablja za varjenje jekla.
Pri varjenju karoserij avtomobilov ima lasersko točkovno varjenje v primerjavi z uporovnim točkovnim varjenjem prednosti brezkontaktnega in samostojno zasnovanega točkovnega varjenja, kar lahko zadosti potrebam po visokokakovostnem varjenju pod različnimi režami med materiali karoserije.
Postopek laserskega oscilacijskega varjenja
Lasersko oscilacijsko varjenje je nova tehnologija laserskega varjenja, ki je bila predlagana v zadnjih letih in je deležna široke pozornosti. Načelo te tehnologije je doseči hitro, urejeno in majhno nihanje laserskega žarka z integracijo oscilacijskega zrcala v lasersko varilno glavo, s čimer se doseže učinek mešanja žarka med premikanjem naprej med laserskim varjenjem.
Glavne trajektorije nihanja v postopku laserskega oscilacijskega varjenja vključujejo: prečno nihanje, vzdolžno nihanje, krožno nihanje in neskončno nihanje. Postopek laserskega oscilacijskega varjenja ima pomembne prednosti pri varjenju karoserij avtomobilov, saj nihanje laserskega žarka bistveno spremeni stanje pretoka taline, zato lahko postopek odpravi neraztopljene napake, doseže prečiščevanje zrn in zmanjša poroznost pri varjenju istega materiala karoserije avtomobila ter izboljša težave nezadostnega mešanja različnih materialov in slabih mehanskih lastnosti varjenega šiva pri varjenju različnih materialov karoserije avtomobila.
Postopek varjenja z več laserskimi žarki
Trenutno se lahko z vlaknenimi laserji en laserski žarek razdeli na več laserskih žarkov z uporabo modula za delitev žarka, nameščenega v varilni glavi. Varjenje z več laserskimi žarki je enakovredno uporabi več virov toplote v varilnem procesu. Z nastavitvijo porazdelitve energije žarka lahko različni žarki dosežejo različne funkcije, kot so: žarek z višjo gostoto energije je glavni žarek, ki je odgovoren za varjenje z globokim talinom; stranski žarek z nižjo gostoto energije lahko očisti in predgreje površino materiala ter poveča absorpcijo energije laserskega žarka s strani materiala.
Postopek varjenja z več laserskimi žarki lahko izboljša izhlapevanje cinkovih hlapov in dinamično obnašanje taline med varjenjem pocinkanih jeklenih pločevin, izboljša problem brizganja in poveča natezno trdnost varjenega šiva.
Postopek laserskega varjenja
Tehnologija laserskega varjenja z letenjem je nova tehnologija laserskega varjenja z visoko učinkovitostjo varjenja in avtonomnim načrtovanjem varilne poti. Osnovno načelo laserskega varjenja z letenjem je, da se pri padcu laserskega žarka na X in Y zrcala skenirajočega zrcala kot zrcala nadzoruje z avtonomnim programiranjem, da se doseže odklon laserskega žarka pod katerim koli kotom.
Tradicionalno se lasersko varjenje avtomobilskih karoserij v glavnem zanaša na varilnega robota, ki poganja lasersko varilno glavo za sinhrono gibanje in doseganje varilnega učinka. Vendar pa ponavljajoče se gibanje varilnega robota močno omejuje učinkovitost varjenja avtomobilskih karoserij zaradi velikega števila zvarov in njihove dolge dolžine. Nasprotno pa je lasersko varjenje z letenjem mogoče doseči v določenem območju s preprosto nastavitvijo kota reflektorja. Zato lahko tehnologija laserskega varjenja z letenjem znatno izboljša učinkovitost varjenja in ima široke možnosti uporabe.
Povzetek
Z razvojem avtomobilske industrije se bo prihodnost tehnologije varjenja karoserij še naprej razvijala tako v varilnem procesu kot v inteligentni tehnologiji.
Karoserija avtomobilov, zlasti karoserije vozil z novo energijo, se razvija v smeri lahke teže. Lahke zlitine, kompozitni materiali in heterogeni materiali se bodo v avtomobilski industriji vse bolj uporabljali, konvencionalni laserski varilni postopki pa težko izpolnjujejo zahteve glede varjenja, zato bosta visokokakovosten in učinkovit varilni postopek postala trend prihodnjega razvoja.
V zadnjih letih so se novi postopki laserskega varjenja, kot so lasersko nihanje, večlasersko varjenje, lasersko varjenje z letenjem itd., najprej teoretično raziskali in preizkusili na področju kakovosti in učinkovitosti varjenja. Prihodnost mora biti tesno povezana z novimi postopki laserskega varjenja in varjenjem lahkih materialov za karoserije avtomobilov, varjenjem heterogenih materialov in drugimi scenariji, načrtovanjem poti nihanja laserskega žarka, mehanizmom delovanja energije večlaserskega žarka in izboljšanjem učinkovitosti laserskega varjenja ter drugimi vidiki poglobljenih raziskav za raziskovanje zrelega postopka varjenja lahkih karoserij avtomobilov.
Tehnologija laserskega varjenja avtomobilskih karoserij se globoko integrira z inteligentno tehnologijo, zaznavanje stanja laserskega varjenja avtomobilskih karoserij v realnem času in povratno krmiljenje procesnih parametrov pa imata odločilno vlogo pri kakovosti varjenja. Trenutna inteligentna tehnologija laserskega varjenja se večinoma uporablja za načrtovanje in sledenje poti pred varjenjem ter za preverjanje kakovosti po varjenju. Domače in tuje raziskave na področju odkrivanja varilnih napak in prilagodljive regulacije parametrov so še v povojih, tehnologija prilagodljivega krmiljenja parametrov procesa laserskega varjenja pa se v proizvodnji avtomobilskih karoserij še ni uporabila.
Zato bi bilo treba za uporabo tehnologije laserskega varjenja v procesih varjenja karoserij avtomobilov v prihodnosti razviti napreden inteligentni sistem za lasersko varjenje z več senzorji in visokohitrostni visoko natančni sistem za krmiljenje robotov za varjenje, da bi zagotovili, da inteligentna tehnologija laserskega varjenja deluje v realnem času in natančnost vsake povezave prek povezave "načrtovanje poti pred varjenjem - prilagodljiv nadzor parametrov varjenja - spletni pregled kakovosti po varjenju", da bi zagotovili visokokakovostno in učinkovito obdelavo.
Podjetje Maven za lasersko avtomatizacijo se že 14 let osredotoča na lasersko industrijo. Specializirani smo za lasersko varjenje. Imamo robotski laserski varilni stroj, namizni avtomatski laserski varilni stroj, ročni laserski varilni stroj, poleg tega pa imamo tudi laserski varilni stroj, stroj za lasersko rezanje in stroj za lasersko označevanje in graviranje. Imamo veliko rešitev za lasersko varjenje. Če ste zainteresirani, nas lahko vedno kontaktirate.
Čas objave: 9. dec. 2022
