Ako nosič ostatných častí automobilu, technológia výroby karosérie priamo určuje celkovú kvalitu výroby automobilu. V procese výroby karosérií automobilov je zváranie dôležitým výrobným procesom. Medzi zváracie technológie, ktoré sa v súčasnosti používajú na zváranie karosérií automobilov, patrí najmä bodové odporové zváranie, zváranie v ochrannej atmosfére roztaveného inertného plynu (MIG zváranie) a zváranie oblúkom v ochrannej atmosfére roztaveného aktívneho plynu (MAG zváranie), ako aj laserové zváranie.
Ako pokročilá technológia zvárania s opticko-mechanickou integráciou má technológia laserového zvárania v porovnaní s tradičnou technológiou zvárania karosérií výhody vysokej hustoty energie, vysokej rýchlosti zvárania, nízkeho napätia a deformácie pri zváraní a dobrej flexibility.
Konštrukcia karosérie automobilu je zložitá a jej časti sú prevažne tenkostenné a zakrivené. Zváranie karosérií automobilov čelí ťažkostiam, ako sú rozdiely v materiáloch karosérie, rôzna hrúbka častí karosérie, rôzne trajektórie zvárania a tvary spojov. Okrem toho má zváranie karosérií automobilov vysoké požiadavky na kvalitu zvárania a účinnosť zvárania.
Na základe vhodných parametrov zváracieho procesu môže laserové zváranie zabezpečiť vysokú únavovú pevnosť a rázovú húževnatosť kľúčových častí karosérie automobilu pri zváraní, čím sa zabezpečí kvalita a životnosť zvárania karosérie. Technológia laserového zvárania sa dokáže prispôsobiť zváraniu častí karosérie automobilu s rôznymi tvarmi spojov, rôznymi hrúbkami a rôznymi typmi materiálov, čím spĺňa požiadavky na flexibilitu pri výrobe karosérií automobilov. Preto je technológia laserového zvárania dôležitým technickým prostriedkom na dosiahnutie vysokokvalitného rozvoja automobilového priemyslu.
Proces laserového zvárania karosérií automobilov
Princíp procesu laserového hlbokého tavného zvárania: Keď hustota výkonu laseru dosiahne určitú úroveň, povrch materiálu sa odparí a vytvorí kľúčovú dierku. Keď tlak kovových pár vo vnútri otvoru dosiahne dynamickú rovnováhu so statickým tlakom a povrchovým napätím okolitej kvapaliny, laser môže ožarovať kľúčovou dierkou na dno otvoru a pohybom laserového lúča sa vytvorí súvislý zvar. Pri procese laserového hlbokého tavného zvárania nie je potrebné pridávať pomocné tavidlo ani plnivo na zvarenie vlastného materiálu obrobku do jedného celku.
Zvarový šev získaný laserovým hlbokým tavením je vo všeobecnosti hladký a rovný s malou deformáciou, čo prispieva k zlepšeniu presnosti výroby karosérie. Pevnosť zvaru v ťahu je vysoká, čo zaisťuje kvalitu zvárania karosérie. Rýchlosť zvárania je vysoká, čo prispieva k zlepšeniu efektivity zvárania.
Pri zváraní karosérií automobilov môže použitie laserového hlbokého tavného zvárania výrazne znížiť počet dielov, foriem a zváracích nástrojov, čím sa znižuje hmotnosť karosérie a výrobné náklady. Proces laserového hlbokého tavného zvárania je však menej tolerantný k montážnej medzere zváraných dielov a montážnu medzeru je potrebné regulovať medzi 0,05 a 2 mm. Ak je montážna medzera príliš veľká, vznikajú chyby zvárania, ako je pórovitosť.
Súčasný výskum ukazuje, že pri zváraní karosérií automobilov z rovnakého materiálu je možné optimalizáciou procesných parametrov laserového hlbokého tavenia dosiahnuť zvar s dobrou povrchovou úpravou, menším počtom vnútorných defektov a vynikajúcimi mechanickými vlastnosťami. Vynikajúce mechanické vlastnosti zvaru môžu spĺňať požiadavky na použitie zváraných komponentov karosérií automobilov. Avšak pri zváraní karosérií automobilov nie je hliníková zliatina a oceľ ako reprezentatívny proces laserového hlbokého tavenia heterogénnych kovov dostatočne zrelá, hoci pridaním prechodovej vrstvy je možné dosiahnuť vynikajúci výkon zvaru. Vplyv rôznych materiálov prechodovej vrstvy na mechanizmus IMC a jej vplyv na mikroštruktúru zvarového mechanizmu nie je jasný a je potrebné ho ďalej podrobnejšie preskúmať.
Proces zvárania laserovým drôtom pre karosérie automobilov
Proces laserového zvárania výplňovým drôtom je založený na nasledujúcom princípe: Zvarový spoj sa vytvorí predbežným vyplnením zvaru špecifickým drôtom alebo súčasným podávaním drôtu počas procesu laserového zvárania. To je ekvivalentné podávaniu približne homogénneho množstva drôteného materiálu do zvarového kúpeľa počas laserového hlbokého tavného zvárania. Diagram nižšie znázorňuje proces laserového zvárania výplňovým drôtom.
V porovnaní s laserovým hlbokým tavným zváraním má laserové zváranie výplňou pri zváraní karosérií automobilov dve výhody: po prvé, môže výrazne zlepšiť toleranciu montážnej medzery medzi zváranými časťami karosérie automobilu a vyriešiť problém požiadavky na vysokú skosenú medzeru pri laserovom hlbokom tavnom zváraní; po druhé, môže zlepšiť rozloženie tkaniva v oblasti zvaru použitím drôtov s rôznym zložením a následne regulovať výkon zvaru.
V procese výroby karosérií automobilov sa laserové zváranie s výplňou používa hlavne na zváranie hliníkových zliatin a oceľových častí karosérie. Najmä pri procese zvárania hliníkových zliatin častí karosérie automobilu je povrchové napätie roztaveného kúpeľa malé, čo môže ľahko viesť k jeho zrúteniu. Proces laserového zvárania s výplňou dokáže lepšie vyriešiť problém zrútenia roztaveného kúpeľa roztavením drôtu počas laserového zvárania.
Proces laserového spájkovania karosérií automobilov
Proces laserového spájkovania je založený na nasledujúcom princípe: Pri použití laseru ako zdroja tepla sa laserový lúč zaostruje a ožaruje na povrch drôtu, drôt sa roztaví, roztavený drôt steká a vypĺňa zváraný obrobok. Medzi spájkovacím materiálom a obrobkom dochádza k metalurgickým efektom, ako je tavenie a difúzia, čím sa obrobok spája. Na rozdiel od procesu laserového zvárania plnivom sa pri laserovom spájkovaní taví iba drôt, nie zváraný obrobok. Laserové spájkovanie má dobrú stabilitu zvárania, ale pevnosť v ťahu výsledného zvaru je nízka. Obrázok 3 znázorňuje použitie laserového spájkovania pri zváraní krytu batožinového priestoru automobilu.
Pri zváraní karosérií automobilov sa laserové spájkovanie používa hlavne na zváranie častí karosérie, ktoré nevyžadujú vysokú pevnosť spoja, ako je zváranie medzi horným krytom a bočnými obloženiami, zváranie medzi hornou a dolnou časťou krytu batožinového priestoru atď. Horný kryt vozidiel VW, Audi a ďalších stredne ťažkých a luxusných modelov využíva laserové spájkovanie.
Medzi hlavné chyby v laserom spájkovaných spojoch karosérií automobilov patrí ohryzovanie hrán, pórovitosť, deformácia zvaru atď. a tieto chyby možno výrazne potlačiť reguláciou procesných parametrov a použitím viacohniskového laserového spájkovania.
Proces zvárania kompozitných materiálov laserovým oblúkom pre karosérie automobilov
Princíp procesu laserového oblúkového zvárania kompozitných materiálov je nasledovný: na povrch zváraného obrobku súčasne pôsobia dva zdroje tepla, laser a oblúk, pričom obrobok sa roztaví a stuhne, čím sa vytvorí zvarový šev. Diagram nižšie znázorňuje proces laserového oblúkového zvárania.
Laserové oblúkové kompozitné zváranie kombinuje výhody laserového zvárania a oblúkového zvárania: po prvé, pôsobením dvoch zdrojov tepla sa môže zvýšiť rýchlosť zvárania, zmenšiť sa príkon tepla, malá deformácia zvaru, čím sa zachovajú vlastnosti laserového zvárania; po druhé, lepšia schopnosť premostenia, väčšia tolerancia montážnej medzery; po tretie, rýchlosť tuhnutia roztaveného kúpeľa sa spomalí, čo prispieva k eliminácii pórov, trhlín a iných defektov zvárania, zlepšuje sa organizácia a výkonnosť tepelne ovplyvnenej zóny. Po štvrté, vďaka oblúku je možné zvárať materiály s vysokou odrazivosťou a vysokou tepelnou vodivosťou so širšou škálou použitých materiálov.
Pri výrobe karosérií automobilov sa laserovo-oblúkové zváranie kompozitných materiálov používa najmä na zváranie komponentov z hliníkových zliatin karosérie a rôznych kovov zo zliatin hliníka a ocele. V prípade montážnej medzery väčších zváraných častí, ako sú napríklad časti dverí automobilu v mieste zvárania, je to preto, že montážna medzera prispieva k premosťovaciemu výkonu laserovo-oblúkového zvárania kompozitných materiálov. Okrem toho sa technológia laserovo-MIG oblúkového zvárania kompozitných materiálov používa aj na bočné strešné nosníky karosérie Audi.
Pri zváraní karosérií automobilov má laserové oblúkové kompozitné zváranie výhodu veľkej tolerancie medzery v porovnaní so zváraním jedným laserom. Avšak laserové oblúkové kompozitné zváranie si vyžaduje komplexné zváženie relatívnej polohy lasera a oblúka, parametrov laserového zvárania, parametrov oblúka a ďalších faktorov. Správanie sa pri prenose tepla a hmoty pri laserovom oblúkovom zváraní je zložité, najmä regulácia energie zvárania heterogénnych materiálov a mechanizmus regulácie hrúbky IMC a tkaniva sú stále nejasné a vyžadujú si ďalšie posilnenie výskumu.
Iné procesy laserového zvárania karosérií automobilov
Laserové hlboké tavné zváranie, laserové zváranie prídavnými materiálmi, laserové spájkovanie a laserové oblúkové zváranie kompozitných materiálov a ďalšie zváracie procesy majú zrelšiu teóriu a širokú škálu praktických aplikácií. S rastúcimi požiadavkami automobilového priemyslu na účinnosť zvárania karosérií a rastúcim dopytom po zváraní rôznych materiálov v ľahkej výrobe si pozornosť získalo laserové bodové zváranie, laserové oscilačné zváranie, zváranie viacerými laserovými lúčmi a laserové letmé zváranie.
Proces laserového bodového zvárania
Bodové laserové zváranie je pokročilá technológia laserového zvárania s vynikajúcimi výhodami vysokej rýchlosti zvárania a vysokej presnosti zvárania. Základným princípom bodového laserového zvárania je zaostrenie laserového lúča na bod na zváranom diele, čím sa kov v tomto bode okamžite roztaví. Úpravou hustoty laseru sa dosiahne efekt tepelného vodivého zvárania alebo zvárania hlbokým tavením. Keď laserový lúč prestane fungovať, tekutý kov sa spätne varí, stuhne a vytvorí spoj.
Existujú dva hlavné druhy laserového bodového zvárania: pulzné laserové bodové zváranie a kontinuálne laserové bodové zváranie. Laserový lúč pri pulznom laserovom bodovom zváraní má vysokú špičkovú energiu, ale krátky čas pôsobenia a všeobecne sa používa na zváranie ľahkých kovov, ako sú zliatiny horčíka a hliníka. Pri kontinuálnom laserovom bodovom zváraní má laserový lúč vysoký priemerný výkon a dlhý čas pôsobenia a väčšinou sa používa na zváranie ocele.
Pri zváraní karosérií automobilov má laserové bodové zváranie v porovnaní s odporovým bodovým zváraním výhody bezkontaktného a vlastnoručne navrhnutého bodového zvárania, čo dokáže splniť požiadavky na vysokokvalitné zváranie pod rôznymi prekrytými medzerami materiálov karosérie automobilu.
Proces laserového oscilačného zvárania
Oscilačné laserové zváranie je nová technológia laserového zvárania, ktorá bola navrhnutá v posledných rokoch a získala si širokú pozornosť. Princípom tejto technológie je dosiahnuť rýchle, usporiadané a malé kmitanie laserového lúča integráciou oscilačného zrkadla do laserovej zváracej hlavy, čím sa dosiahne efekt miešania lúča počas jeho pohybu vpred počas laserového zvárania.
Hlavné trajektórie oscilácií v procese laserového oscilačného zvárania zahŕňajú: priečne oscilácie, pozdĺžne oscilácie, kruhové oscilácie a nekonečné oscilácie. Proces laserového oscilačného zvárania má pri zváraní karosérií automobilov významné výhody, pretože stav prúdenia taveniny sa výrazne mení osciláciou laserového lúča, takže proces dokáže eliminovať neroztavené chyby, dosiahnuť zjemnenie zrna a potlačiť pórovitosť pri zváraní rovnakého materiálu karosérie automobilu a zlepšiť problémy s nedostatočným miešaním rôznych materiálov a zlými mechanickými vlastnosťami zvarového švu pri zváraní rôznych materiálov karosérie automobilu.
Proces zvárania viacerými laserovými lúčmi
V súčasnosti sa vláknové lasery dajú použiť na rozdelenie jedného laserového lúča na viacero laserových lúčov pomocou modulu na delenie lúča inštalovaného vo zváracej hlave. Zváranie viacerými laserovými lúčmi je ekvivalentné použitiu viacerých zdrojov tepla v procese zvárania. Úpravou rozloženia energie lúča môžu rôzne lúče dosahovať rôzne funkcie, ako napríklad: lúč s vyššou hustotou energie je hlavný lúč, zodpovedný za hlboké tavné zváranie; vedľajší lúč s nižšou hustotou energie môže čistiť a predhrievať povrch materiálu a zvyšovať absorpciu energie laserového lúča materiálom.
Proces zvárania viacerými laserovými lúčmi môže zlepšiť správanie sa zinkových pár pri odparovaní a dynamické správanie taveniny počas zvárania pozinkovaných oceľových plechov, zlepšiť problém s rozstrekovaním a zvýšiť pevnosť v ťahu zvarového švu.
Proces laserového zvárania
Technológia laserového zvárania je nová technológia laserového zvárania s vysokou účinnosťou zvárania a autonómnym návrhom trajektórie zvárania. Základným princípom laserového zvárania je, že keď laserový lúč dopadá na zrkadlá X a Y skenovacieho zrkadla, uhol zrkadla sa riadi autonómnym programovaním, aby sa dosiahlo vychýlenie laserového lúča v ľubovoľnom uhle.
Tradične sa laserové zváranie karosérií spolieha najmä na zvárací robot, ktorý poháňa laserovú zváraciu hlavu a zabezpečuje synchrónny pohyb na dosiahnutie zváracieho efektu. Opakovaný vratný pohyb zváracieho robota však výrazne obmedzuje účinnosť zvárania karosérií kvôli veľkému počtu zvarov a ich dlhej dĺžke. Naproti tomu laserové zváranie letom je možné dosiahnuť v určitom rozsahu jednoduchým nastavením uhla reflektora. Technológia laserového zvárania letom preto môže výrazne zlepšiť účinnosť zvárania a má široké využitie.
Zhrnutie
S rozvojom automobilového priemyslu sa budúcnosť technológie zvárania karosérií bude naďalej vyvíjať, a to ako v procese zvárania, tak aj v inteligentnej technológii.
Karosérie automobilov, najmä karosérie vozidiel s novou energiou, sa vyvíjajú smerom k nízkej hmotnosti. Ľahké zliatiny, kompozitné materiály a heterogénne materiály sa budú v karosériách automobilov používať čoraz častejšie. Konvenčný laserový zvárací proces len ťažko spĺňa požiadavky na zváranie, takže vysoko kvalitný a efektívny zvárací proces sa stane budúcim trendom vývoja.
V posledných rokoch sa v oblasti teoretického výskumu a skúmania nových procesov laserového zvárania, ako napríklad laserové kyvné zváranie, zváranie viacerými laserovými lúčmi, laserové letmé zváranie atď., zamerali na kvalitu zvárania a účinnosť zvárania. Budúcnosť si vyžaduje dôkladný výskum nových procesov laserového zvárania a ľahkých materiálov pre karosérie automobilov, zvárania heterogénnych materiálov a iných scenárov, návrh trajektórie kyvného laserového lúča, mechanizmus pôsobenia energie viacerými laserovými lúčmi a účinnosť letmého zvárania, aby sa preskúmali ďalšie aspekty zrelého procesu zvárania ľahkých karosérií automobilov.
Technológia laserového zvárania karosérií automobilov sa hlboko integruje s inteligentnou technológiou, snímanie stavu laserového zvárania karosérií v reálnom čase a spätnoväzobné riadenie procesných parametrov zohrávajú rozhodujúcu úlohu v kvalite zvárania. Súčasná inteligentná technológia laserového zvárania sa používa najmä na plánovanie a sledovanie trajektórie pred zváraním a na kontrolu kvality po zváraní. Domáci a zahraničný výskum v oblasti detekcie zváracích chýb a adaptívnej regulácie parametrov je stále v plienkach a technológia adaptívneho riadenia parametrov procesu laserového zvárania sa pri výrobe karosérií automobilov ešte neuplatnila.
Preto by sa pre uplatnenie technológie laserového zvárania v procese zvárania karosérií automobilov mala budúcnosť rozvíjať s pokročilým multisenzorovým inteligentným snímacím systémom pre laserové zváranie a vysokorýchlostným vysoko presným riadiacim systémom zváracieho robota, aby sa zabezpečila inteligentná technológia laserového zvárania v reálnom čase a presnosť každého článku prostredníctvom prepojenia „plánovanie trajektórie pred zváraním - adaptívne riadenie parametrov zvárania - online kontrola kvality po zváraní“, aby sa zabezpečila vysoká kvalita a efektívne spracovanie.
Spoločnosť Maven zaoberajúca sa laserovou automatizáciou sa už 14 rokov zameriava na laserový priemysel a špecializujeme sa na laserové zváranie. Máme robotické laserové zváracie stroje, stolové automatické laserové zváracie stroje, ručné laserové zváracie stroje. Okrem toho máme aj laserové zváracie stroje, laserové rezacie stroje a laserové gravírovacie stroje. Máme veľa riešení pre laserové zváranie. Ak máte záujem, môžete nás kedykoľvek kontaktovať.
Čas uverejnenia: 9. decembra 2022
