Az autó többi részének hordozójaként a karosszéria gyártástechnológiája közvetlenül meghatározza az autó általános gyártási minőségét. Az autó karosszériagyártásának folyamatában a hegesztés fontos termelési folyamat. Az autó karosszériahegesztéséhez jelenleg használt hegesztési technológiák főként az ellenállás-ponthegesztést, az olvadt inertgázos védőgázas hegesztést (MIG-hegesztés) és az olvadt aktív gázos védőgázas ívhegesztést (MAG-hegesztés), valamint a lézerhegesztést foglalják magukban.
A lézeres hegesztési technológia, mint optikai-mechanikai integrációval rendelkező fejlett hegesztési technológia, a hagyományos autóipari karosszéria hegesztési technológiához képest nagy energiasűrűséggel, gyors hegesztési sebességgel, alacsony hegesztési feszültséggel és deformációval, valamint jó rugalmassággal rendelkezik.
Az autó karosszéria szerkezete összetett, és a karosszériaelemek főként vékonyfalú és ívelt alkatrészek. Az autó karosszéria hegesztése olyan hegesztési nehézségekkel küzd, mint a karosszériaanyagok változatossága, a karosszériaelemek változó vastagsága, a hegesztési pályák és illesztési formák változatossága. Ezenkívül az autó karosszéria hegesztésének magasak a hegesztési minőségre és a hegesztési hatékonyságra vonatkozó követelményei.
Megfelelő hegesztési eljárásparaméterek alapján a lézerhegesztés biztosíthatja a kulcsfontosságú autóalkatrészek nagy fáradási szilárdságát és ütésállóságát hegesztés során, ezáltal biztosítva a karosszériahegesztés minőségét és élettartamát. A lézerhegesztési technológia alkalmazkodik a különböző illesztési formájú, vastagságú és anyagú autóalkatrészek hegesztéséhez, kielégítve az autókarosszéria-gyártás rugalmasságára vonatkozó igényeket. Ezért a lézerhegesztési technológia fontos műszaki eszköz az autóipar magas színvonalú fejlesztésének eléréséhez.
Lézeres hegesztési eljárás autóipari karosszériákhoz
Lézeres mélyfúziós hegesztési eljárás elve: Amikor a lézer teljesítménysűrűsége eléri a bizonyos szintet, az anyag felülete elpárolog, így kulcslyuk alakú hegesztést képezve. Amikor a furatban lévő fémgőz nyomása dinamikus egyensúlyba kerül a környező folyadék statikus nyomásával és felületi feszültségével, a lézer a kulcslyukon keresztül a furat aljára tud sugározni, és a lézersugár mozgásával folyamatos hegesztési varrat jön létre. A lézeres mélyfúziós hegesztési eljárás során nincs szükség segédfolyasztószer vagy töltőanyag hozzáadására a munkadarab saját anyagának egybehegesztéséhez.
A lézeres mélyhegesztéssel kapott hegesztési varrat általában sima és egyenes, kis deformációval, ami hozzájárul a karosszéria gyártási pontosságának javításához. A hegesztés szakítószilárdsága magas, ami biztosítja a karosszéria hegesztési minőségét. A hegesztési sebesség gyors, ami hozzájárul a hegesztés hatékonyságának javításához.
Az autó karosszéria hegesztési folyamatában a lézeres mélyolvasztó hegesztési eljárás jelentősen csökkentheti az alkatrészek, öntőformák és hegesztőszerszámok számát, ezáltal csökkentve a karosszéria önsúlyát és a gyártási költségeket. A lézeres mélyolvasztó hegesztési eljárás azonban kevésbé tolerálja a hegesztendő alkatrészek összeszerelési rését, és az összeszerelési rést 0,05 és 2 mm között kell szabályozni. Ha az összeszerelési rés túl nagy, hegesztési hibák, például porozitás léphetnek fel.
A jelenlegi kutatások azt mutatják, hogy ugyanazon anyag autókarosszéria-hegesztésekor a lézeres mélyolvasztó hegesztés folyamatparamétereinek optimalizálásával jó felületi képződésű, kevesebb belső hibával és kiváló mechanikai tulajdonságokkal rendelkező hegesztési varrat érhető el. A hegesztés kiváló mechanikai tulajdonságai megfelelnek az autókarosszéria-hegesztett alkatrészek használati követelményeinek. Az autókarosszéria-hegesztésben azonban az alumíniumötvözet-acél, mint a heterogén fémekből álló lézeres mélyolvasztó hegesztési eljárás képviselője, még nem kiforrott. Bár egy átmeneti réteg hozzáadásával kiváló hegesztési teljesítmény érhető el, a különböző átmeneti réteganyagok IMC rétegre gyakorolt hatásmechanizmusa és a hegesztési mechanizmus mikroszerkezetére gyakorolt hatása nem egyértelmű, további mélyreható vizsgálatokra van szükség.
Autó karosszéria lézeres huzalkitöltő hegesztési folyamat
A lézeres töltőhegesztési eljárás a következő elven alapul: A hegesztett kötést úgy hozzák létre, hogy a hegesztési varratot egy adott huzallal előtöltik, vagy a huzalt a lézeres hegesztési eljárás során egyidejűleg adagolják. Ez egyenértékű azzal, mintha a lézeres mélyömlőhegesztés során megközelítőleg homogén mennyiségű huzalanyagot adagolnának a hegfürdőbe. Az alábbi ábra a lézeres töltőhegesztési eljárást mutatja be.
A lézeres mélyolvasztó hegesztéssel összehasonlítva a lézeres töltőhegesztésnek két előnye van az autó karosszéria hegesztésében: egyrészt jelentősen javíthatja a hegesztendő autó karosszériaelemek közötti összeszerelési rés toleranciáját, és megoldhatja a lézeres mélyolvasztó hegesztés nagy ferde hézagigényének problémáját; másrészt különböző összetételű huzalok használatával javíthatja a szövetek eloszlását a hegesztési területen, így szabályozhatja a hegesztési teljesítményt.
Az autó karosszériagyártás során a lézeres hegesztési eljárást főként alumíniumötvözetből és acélból készült karosszériaelemek hegesztésére használják. Különösen az autó karosszéria alumíniumötvözetből készült alkatrészeinek hegesztési folyamatában az olvadékfürdő felületi feszültsége kicsi, ami könnyen az olvadékfürdő összeomlásához vezethet, míg a lézeres hegesztési eljárás jobban megoldja az olvadékfürdő összeomlásának problémáját a lézerhegesztési eljárás során a huzal megolvadása miatt.
Autóipari karosszéria lézeres forrasztási eljárás
A lézeres forrasztási eljárás a következő elven alapul: Lézer hőforrásként való használatával a lézersugarat a huzal felületére fókuszálják és besugározzák, a huzal megolvad, az olvadt huzal lecsepeg és kitölti a hegesztendő munkadarabot, és metallurgiai hatások, például olvadás és diffúzió lépnek fel a forrasztóanyag és a munkadarab között, ezáltal összekapcsolva a munkadarabot. A lézeres töltőhegesztési eljárással ellentétben a lézeres forrasztási eljárás csak a huzalt olvasztja meg, a hegesztendő munkadarabot nem. A lézeres forrasztás jó hegesztési stabilitással rendelkezik, de a kapott hegesztési varrat szakítószilárdsága alacsony. A 3. ábra a lézeres forrasztási eljárás alkalmazását mutatja be az autók csomagtér-takarójának hegesztésében.
Az autó karosszéria hegesztésének folyamatában a lézeres forrasztási eljárást főként olyan karosszériaelemek hegesztésére használják, amelyek nem igényelnek nagy illesztési szilárdságot, például a felső burkolat és az oldalsó keretek, a csomagtér-fedél felső és alsó részének hegesztésére stb. A VW, az Audi és más közép- és felsőkategóriás modellek felső burkolatain lézeres forrasztási eljárást alkalmaznak.
Az autókarosszériák lézerforrasztott kötéseinek fő hibái közé tartozik az élrágás, a porozitás, a hegesztési deformáció stb., és ezek a hibák jelentősen csökkenthetők a folyamatparaméterek szabályozásával és a többfókuszú lézerforrasztási eljárás alkalmazásával.
Autóipari karosszéria lézeres ívű kompozit hegesztési eljárás
A lézeres ívhegesztési eljárás elve a következő: két hőforrás, a lézer és az ív, egyidejűleg hat a hegesztendő munkadarab felületére, a munkadarabot megolvasztva és megszilárdítva hegesztési varratot hoz létre. Az alábbi ábra a lézeres ívhegesztési eljárást mutatja.
A lézeres ívhegesztés ötvözi a lézerhegesztés és az ívhegesztés előnyeit: először is, kettős hőforrás hatására növelhető a hegesztési sebesség, kisebb lesz a hőbevitel, kicsi a hegesztési deformáció, megőrzve a lézerhegesztés jellemzőit; másodszor, jobb áthidaló képesség, nagyobb az összeszerelési rés toleranciája; harmadszor, az olvadékfürdő megszilárdulási sebessége lassabb lesz, ami elősegíti a pórusok, repedések és egyéb hegesztési hibák kiküszöbölését, javítja a hőhatásövezet szerveződését és teljesítményét. Negyedszer, az ívnek köszönhetően nagy fényvisszaverő képességű és nagy hővezető képességű anyagok hegesztésére alkalmas, szélesebb körű alkalmazási anyagokkal.
Az autó karosszériagyártási folyamatában a lézeres íves kompozit hegesztési eljárás főként karosszéria alumíniumötvözet alkatrészek és alumíniumötvözet-acél különböző fémek hegesztését jelenti a nagyobb alkatrészek, például az autó ajtórészének összeszerelési réseinek hegesztéséhez, mivel az összeszerelési rés elősegíti a lézeres íves kompozit hegesztés áthidaló teljesítményét. Ezenkívül a lézeres MIG íves kompozit hegesztési technológiát az Audi karosszériájának oldalsó tetőgerendáinak helyzetében is alkalmazzák.
Az autóipari karosszéria hegesztési eljárásában a lézeres ívű kompozit hegesztés előnye a nagy réstűrés az egylézeres hegesztéshez képest, azonban a lézeres ívű kompozit hegesztés átfogó mérlegelést igényel a lézer és az ív relatív helyzetére, a lézerhegesztési paraméterekre, az ívparaméterekre és egyéb tényezőkre vonatkozóan. A lézeres ívhegesztési eljárás hő- és tömegátadási viselkedése összetett, különösen a heterogén anyagok hegesztésének energiaszabályozása, valamint az IMC vastagságának és szövetszabályozásának mechanizmusa még mindig nem tisztázott, és további kutatásokat igényel.
Egyéb autóipari karosszéria lézerhegesztési eljárások
A lézeres mélyfúziós hegesztés, a lézeres töltőhegesztés, a lézeres forrasztás és a lézeres ívű kompozit hegesztés, valamint más hegesztési eljárások kiforrottabb elmélettel és széleskörű gyakorlati alkalmazásokkal rendelkeznek. Ahogy az autóiparban növekszik a karosszériahegesztés hatékonyságára vonatkozó követelmények, és a könnyűszerkezetes gyártásban a különböző anyagok hegesztésére irányuló igény is növekszik, a lézeres ponthegesztés, a lézeres oszcillációs hegesztés, a többlézeres sugarú hegesztés és a lézeres repülőhegesztés is egyre nagyobb figyelmet kapott.
Lézeres ponthegesztési eljárás
A lézeres ponthegesztés egy fejlett lézerhegesztési technológia, amelynek kiemelkedő előnyei a gyors hegesztési sebesség és a nagy hegesztési pontosság. A lézeres ponthegesztés alapelve, hogy a lézersugarat a hegesztendő alkatrész egy pontjára fókuszálják, így a fém ezen a ponton azonnal megolvad, majd a lézersűrűség beállításával hővezetéses hegesztést vagy mélyfúziós hegesztési hatást érnek el. Amikor a lézersugár működése megszűnik, a folyékony fém visszafolyik, megszilárdul és kötést képez.
A lézeres ponthegesztésnek két fő formája van: az impulzuslézeres ponthegesztés és a folyamatos lézeres ponthegesztés. Az impulzuslézeres ponthegesztésben a lézersugárnak nagy a csúcsenergiája, de a hatásideje rövid, és általában könnyűfémek, például magnéziumötvözetek és alumíniumötvözetek hegesztésére használják. A folyamatos lézeres ponthegesztésben a lézersugárnak nagy az átlagos teljesítménye és hosszú a lézerhatásideje, és többnyire acél hegesztésére használják.
Az autó karosszéria hegesztésében az ellenállás-ponthegesztéssel összehasonlítva a lézeres ponthegesztés előnye az érintkezésmentes és az önállóan tervezett ponthegesztési pálya, amely kielégíti a kiváló minőségű hegesztés iránti igényt az autó karosszéria anyagainak különböző átfedési rései alatt.
Lézeres oszcillációs hegesztési eljárás
A lézeres oszcillációs hegesztés egy új lézeres hegesztési technológia, amelyet az utóbbi években javasoltak, és széles körű figyelmet kapott. A technológia alapelve, hogy a lézerhegesztő fejbe integrált oszcilláló tükör segítségével a lézersugár gyors, rendezett és kis oszcillációját érje el, így a lézerhegesztés során a sugár mozgása közben a keverés hatását éri el.
A lézeres oszcillációs hegesztési eljárás főbb oszcillációs pályái a következők: keresztirányú oszcilláció, hosszirányú oszcilláció, körkörös oszcilláció és végtelen oszcilláció. A lézeres oszcillációs hegesztési eljárás jelentős előnyökkel jár az autókarosszéria-hegesztésben, mivel az olvadék áramlási állapota jelentősen megváltozik a lézersugár oszcillációja miatt, így az eljárás kiküszöböli a nem összeolvadt hibákat, szemcsefinomítást ér el és elnyomja a porozitást ugyanazon autókarosszéria-anyag hegesztésekor, valamint javítja a különböző anyagok nem megfelelő keveredéséből és a hegesztési varrat rossz mechanikai tulajdonságaiból adódó problémákat a különböző autókarosszéria-anyagok hegesztésekor.
Többlézeres hegesztési eljárás
Jelenleg a száloptikás lézerek egyetlen lézersugár több lézersugárra oszthatók a hegesztőfejbe szerelt sugárelosztó modul segítségével. A többlézeres hegesztés egyenértékű több hőforrás alkalmazásával a hegesztési folyamatban. A sugár energiaeloszlásának beállításával a különböző sugarak különböző funkciókat érhetnek el, például: a nagyobb energiasűrűségű sugár a fősugár, amely a mélyhegesztésért felelős; az alacsonyabb energiasűrűségű melléksugár tisztíthatja és előmelegítheti az anyag felületét, és növelheti a lézersugár energiájának elnyelését az anyag által.
A többlézeres hegesztési eljárás javíthatja a cinkgőz párolgási viselkedését és az olvadékfürdő dinamikus viselkedését horganyzott acéllemezek hegesztése során, javíthatja a fröccsenés problémáját és növelheti a hegesztési varrat szakítószilárdságát.
Lézeres repüléshegesztési eljárás
A lézerhegesztés egy új lézerhegesztési technológia, amely nagy hegesztési hatékonysággal és a hegesztési pálya autonóm kialakításával rendelkezik. A lézerhegesztés alapelve, hogy amikor a lézersugár a pásztázó tükör X és Y tükreire esik, a tükör szögét autonóm programozás vezérli, hogy a lézersugár bármilyen szögben eltéríthető legyen.
Az autó karosszéria lézeres hegesztése hagyományosan főként a hegesztőrobotra támaszkodik, amely a lézerhegesztőfejet szinkron mozgással hajtja meg a hegesztési hatás elérése érdekében. A hegesztőrobot ismétlődő oda-vissza mozgása azonban jelentősen korlátozza az autó karosszériahegesztésének hatékonyságát a hegesztések nagy száma és hosszú hossza miatt. Ezzel szemben a lézeres repülőhegesztés bizonyos tartományon belül egyszerűen a reflektor szögének beállításával érhető el. Ezért a lézeres repülőhegesztési technológia jelentősen javíthatja a hegesztési hatékonyságot, és széles körű alkalmazási lehetőségekkel rendelkezik.
Összefoglalás
Az autóipar fejlődésével a karosszériahegesztés technológiájának jövője is folyamatosan fejlődni fog mind a hegesztési folyamat, mind az intelligens technológia terén.
Az autókarosszéria, különösen az új energiahordozók karosszériája a könnyű súly irányába fejlődik. A könnyű ötvözetek, kompozit anyagok és heterogén anyagok egyre szélesebb körben kerülnek felhasználásra az autókarosszériában, a hagyományos lézerhegesztési eljárás nehezen teljesíti a hegesztési követelményeket, így a kiváló minőségű és hatékony hegesztési eljárás lesz a jövőbeli fejlesztési trend.
Az elmúlt években a feltörekvő lézeres hegesztési eljárások, mint például a lézeres lengőhegesztés, a többlézeres hegesztés, a lézeres repülőhegesztés stb., a hegesztési minőség és a hegesztési hatékonyság elméleti kutatásának és folyamatfeltárásának tárgyát képezték. A jövőben a feltörekvő lézeres hegesztési eljárásoknak és a könnyű karosszériaanyagok, a heterogén anyagok hegesztésének és más forgatókönyveknek szorosan kombinálva kell lenniük, a lézersugár lengőpályájának kialakításával, a többlézeres sugaras energiahatásmechanizmussal és a repülőhegesztés hatékonyságának javításával, valamint egyéb mélyreható kutatásokkal kell feltárni egy érett könnyű karosszériahegesztési eljárást.
Az autóipari karosszéria lézerhegesztési technológiája mélyen integrálódik az intelligens technológiával, az autóipari karosszéria lézerhegesztési állapotának valós idejű érzékelése és a folyamatparaméterek visszacsatolásos szabályozása döntő szerepet játszik a hegesztés minőségében. A jelenlegi intelligens lézerhegesztési technológiát főként a hegesztés előtti pályatervezésre és -követésre, valamint a hegesztés utáni minőségellenőrzésre használják. A hegesztési hibák észlelésével és a paraméterek adaptív szabályozásával kapcsolatos hazai és külföldi kutatások még gyerekcipőben járnak, és a lézerhegesztési folyamatparaméterek adaptív szabályozási technológiáját még nem alkalmazták az autóipari karosszériagyártásban.
Ezért a lézerhegesztési technológia alkalmazásához az autó karosszéria hegesztési folyamatának jellemzőiben a jövőben fejlett, többszenzoros maggal rendelkező lézerhegesztési intelligens érzékelő rendszerrel és nagysebességű, nagy pontosságú hegesztőrobot-vezérlőrendszerrel kell fejleszteni, hogy a lézerhegesztési intelligens technológia valós időben és minden egyes kapcsolat pontosságával működjön a "hegesztés előtti pályatervezés - hegesztési paraméterek adaptív vezérlése hegesztés utáni minőségellenőrzés" linken keresztül, a kiváló minőségű és hatékony feldolgozás biztosítása érdekében.
A Maven lézerautomatizálási cég 14 éve a lézeriparra összpontosít. Szakterületünk a lézerhegesztés, robotkaros lézerhegesztőgéppel, asztali automata lézerhegesztőgéppel, kézi lézerhegesztőgéppel, továbbá lézerhegesztőgéppel, lézervágógéppel és lézeres jelölőgravírozó géppel is rendelkezünk. Számos lézerhegesztési megoldással kapcsolatos esettanulmányunk van. Ha érdekli, bármikor kapcsolatba léphet velünk.
Közzététel ideje: 2022. dec. 9.
