Automobilio kėbulo, kaip kitų automobilio dalių nešėjos, gamybos technologija tiesiogiai lemia bendrą automobilio gamybos kokybę. Automobilio kėbulų gamybos procese suvirinimas yra svarbus gamybos procesas. Šiuo metu automobilių kėbulų suvirinimui naudojamos suvirinimo technologijos daugiausia apima kontaktinį taškinį suvirinimą, suvirinimą inertinių dujų ekranuotoje aplinkoje išlydytoje aplinkoje (MIG suvirinimas) ir lankinį suvirinimą aktyviųjų dujų ekranuotoje aplinkoje išlydytoje aplinkoje (MAG suvirinimas), taip pat lazerinį suvirinimą.
Kaip pažangi suvirinimo technologija su optomechanine integracija, lazerinio suvirinimo technologija, palyginti su tradicine automobilių kėbulų suvirinimo technologija, pasižymi dideliu energijos tankiu, dideliu suvirinimo greičiu, mažu suvirinimo įtempiu ir deformacija bei geru lankstumu.
Automobilio kėbulo konstrukcija yra sudėtinga, o kėbulo dalys daugiausia sudarytos iš plonasienių ir lenktų komponentų. Automobilių kėbulų suvirinimas susiduria su tokiais suvirinimo sunkumais kaip skirtingos kėbulo medžiagos, skirtingas kėbulo dalių storis, įvairios suvirinimo trajektorijos ir jungčių formos. Be to, automobilių kėbulų suvirinimui keliami aukšti suvirinimo kokybės ir efektyvumo reikalavimai.
Remiantis tinkamais suvirinimo proceso parametrais, lazerinis suvirinimas gali užtikrinti didelį pagrindinių automobilių kėbulo dalių atsparumą nuovargiui ir smūgiams suvirinimo metu, taip užtikrinant kėbulo suvirinimo kokybę ir tarnavimo laiką. Lazerinio suvirinimo technologija gali būti pritaikyta suvirinti automobilių kėbulo dalis su skirtingomis jungčių formomis, skirtingu storiu ir skirtingų medžiagų tipais, patenkinant lankstumo poreikį automobilių kėbulų gamyboje. Todėl lazerinio suvirinimo technologija yra svarbi techninė priemonė siekiant aukštos kokybės automobilių pramonės plėtros.
Automobilių kėbulų lazerinio suvirinimo procesas
Lazerinio giluminio suvirinimo proceso principas: kai lazerio galios tankis pasiekia tam tikrą lygį, medžiagos paviršius išgaruoja, taip susidarant skylutei. Kai metalo garų slėgis skylės viduje pasiekia dinaminę pusiausvyrą su aplinkinio skysčio statiniu slėgiu ir paviršiaus įtempimu, lazeris gali spinduliuoti per skylutę iki skylės dugno, o lazerio spinduliui judant, susidaro ištisinė suvirinimo siūlė. Lazerinio giluminio suvirinimo procese nereikia pridėti papildomo srauto ar užpildo, kad būtų galima suvirinti ruošinio medžiagą į vieną siūlę.
Lazerinio giluminio suvirinimo būdu gautas suvirinimo siūlas paprastai yra lygus ir tiesus, su maža deformacija, o tai padeda pagerinti kėbulo gamybos tikslumą. Suvirinimo siūlės tempiamasis stipris yra didelis, o tai užtikrina kėbulo suvirinimo kokybę. Didelis suvirinimo greitis padeda pagerinti suvirinimo gamybos efektyvumą.
Automobilių kėbulų suvirinimo procese lazerinis giluminio suvirinimo procesas gali žymiai sumažinti detalių, formų ir suvirinimo įrankių skaičių, taip sumažinant kėbulo svorį ir gamybos sąnaudas. Tačiau lazerinis giluminio suvirinimo procesas yra mažiau toleruojantis suvirinamų detalių surinkimo tarpą, todėl surinkimo tarpą reikia kontroliuoti nuo 0,05 iki 2 mm. Jei surinkimo tarpas yra per didelis, atsiras suvirinimo defektų, tokių kaip poringumas.
Dabartiniai tyrimai rodo, kad automobilių kėbulų suvirinimo iš tos pačios medžiagos metu, optimizavus lazerinio giluminio suvirinimo proceso parametrus, galima gauti suvirinimo siūlę su geru paviršiaus formavimu, mažesniu vidinių defektų skaičiumi ir puikiomis mechaninėmis savybėmis. Puikios suvirinimo siūlės mechaninės savybės gali atitikti automobilių kėbulų suvirinimo komponentų naudojimo reikalavimus. Tačiau automobilių kėbulų suvirinime aliuminio legiruotojo plieno, kaip heterogeninių metalų lazerinio giluminio suvirinimo proceso atstovas, procesas nėra subrendęs, nors pridėjus pereinamąjį sluoksnį galima pasiekti puikių suvirinimo savybių, tačiau skirtingų pereinamojo sluoksnio medžiagų įtakos IMC sluoksnio mechanizmui ir jo poveikis suvirinimo mechanizmo mikrostruktūrai nėra aiškus, todėl reikia atlikti tolesnius išsamius tyrimus.
Automobilių kėbulų lazerinio vielos užpildymo suvirinimo procesas
Lazerinio suvirinimo užpildu procesas grindžiamas šiuo principu: suvirinta jungtis suformuojama iš anksto užpildant suvirinimo siūlę specialia viela arba vienu metu tiekiant vielą lazerinio suvirinimo proceso metu. Tai atitinka maždaug vienodo kiekio vielos medžiagos tiekimą į suvirinimo vonelę lazerinio giluminio suvirinimo metu. Žemiau pateiktoje diagramoje parodytas lazerinio suvirinimo užpildu procesas.
Palyginti su lazeriniu giluminiu suvirinimu, lazerinis suvirinimas užpildu turi du privalumus automobilių kėbulų suvirinime: pirma, jis gali žymiai pagerinti surinkimo tarpo tarp suvirinamų automobilių kėbulo dalių toleranciją ir išspręsti didelio nuožulnaus tarpo reikalavimo problemą lazeriniam giluminiam suvirinimui; antra, jis gali pagerinti audinių pasiskirstymą suvirinimo vietoje naudojant skirtingos sudėties vielas ir reguliuoti suvirinimo našumą.
Automobilių kėbulų gamybos procese lazerinis suvirinimas daugiausia naudojamas aliuminio lydinių ir plieninių kėbulų dalių suvirinimui. Ypač suvirinant automobilių kėbulų dalis išlydyto metalo paviršiaus įtempis yra mažas, todėl jis gali lengvai suirti, o lazerinis suvirinimas gali geriau išspręsti išlydyto metalo suirimo problemą dėl vielos išsilydymo lazerinio suvirinimo procese.
Automobilio kėbulo lazerinio litavimo procesas
Lazerinio litavimo procesas pagrįstas šiuo principu: naudojant lazerį kaip šilumos šaltinį, lazerio spindulys sufokusuojamas ir apšvitinamas vielos paviršiumi, viela išsilydo, išsilydžiusi viela nuteka žemyn ir užpildo suvirinamą ruošinį, o tarp litavimo medžiagos ir ruošinio vyksta metalurginiai efektai, tokie kaip lydymasis ir difuzija, taip sujungiant ruošinį. Skirtingai nuo lazerinio suvirinimo užpildu proceso, lazerinio litavimo proceso metu išlydoma tik viela, o ne suvirinamas ruošinys. Lazerinis litavimas pasižymi geru suvirinimo stabilumu, tačiau gautos suvirinimo siūlės tempiamasis stipris yra mažas. 3 paveiksle parodytas lazerinio litavimo proceso taikymas automobilių bagažo skyriaus uždangalų suvirinime.
Automobilių kėbulų suvirinimo procese lazerinis litavimas daugiausia naudojamas suvirinti kėbulo dalis, kurioms nereikia didelio jungčių stiprumo, pavyzdžiui, suvirinant viršutinį dangtį ir šoninius apvadus, suvirinant bagažo skyriaus dangčio viršutinę ir apatinę dalis ir kt. VW, Audi ir kitų vidutinės bei aukštos klasės modelių viršutiniai dangčiai yra suvirinami lazeriniu litavimu.
Pagrindiniai automobilių kėbulų lazeriu lituotų jungčių defektai yra briaunų graužimas, poringumas, suvirinimo deformacija ir kt., o šiuos defektus galima gerokai sumažinti reguliuojant proceso parametrus ir naudojant daugiafokusį lazerinio litavimo procesą.
Automobilio kėbulo lazerinio lanko kompozitinio suvirinimo procesas
Lazerinio lanko kompozitinio suvirinimo proceso principas yra toks: du šilumos šaltiniai – lazeris ir lankas – vienu metu veikia suvirinamo ruošinio paviršių, o ruošinys išlydomas ir sukietėja, suformuojant suvirinimo siūlę. Žemiau pateiktoje diagramoje parodytas lazerinio lanko suvirinimo procesas.
Lazerinis lankinis kompozitinis suvirinimas apjungia lazerinio ir lankinio suvirinimo privalumus: pirma, veikiant dviem šilumos šaltiniams, galima padidinti suvirinimo greitį, sumažinti šilumos sąnaudas, sumažinti suvirinimo siūlės deformaciją, išlaikant lazerinio suvirinimo savybes; antra, geresnis suvirinimo gebėjimas, didesnis surinkimo tarpų tolerancija; trečia, lėtesnis išlydyto metalo kietėjimo greitis, o tai padeda pašalinti poras, įtrūkimus ir kitus suvirinimo defektus, pagerinti šilumos paveiktos zonos organizavimą ir veikimą; ketvirta, dėl lanko galima suvirinti medžiagas, pasižyminčias dideliu atspindžiu ir dideliu šilumos laidumu, naudojant platesnį medžiagų spektrą.
Automobilių kėbulų gamybos procese lazerinio lankinio kompozitinio suvirinimo procesas daugiausia apima kėbulo aliuminio lydinių komponentų ir aliuminio lydinio bei plieno skirtingų metalų suvirinimą, kad būtų galima suvirinti didesnes dalių, pvz., automobilio durelių dalies, surinkimo tarpus, nes jie yra palankūs lazerinio lankinio kompozitinio suvirinimo jungčių veikimui. Be to, lazerinio MIG lankinio kompozitinio suvirinimo technologija taip pat taikoma „Audi“ kėbulo šoninių stogo sijų padėčiai.
Automobilių kėbulų suvirinimo procese lazerinis lankinis kompozitinis suvirinimas turi didesnį tarpo tolerancijos pranašumą, palyginti su vieno lazerio suvirinimu, tačiau lazerinio lankinio kompozitinio suvirinimo metu reikia išsamiai apsvarstyti santykinę lazerio ir lanko padėtį, lazerinio suvirinimo parametrus, lanko parametrus ir kitus veiksnius. Lazerinio lankinio suvirinimo proceso šilumos ir masės perdavimo elgsena yra sudėtinga, ypač nevienalyčių medžiagų suvirinimo energijos reguliavimas, o IMC storio ir audinių reguliavimo mechanizmas vis dar nėra aiškus ir reikalauja tolesnio tyrimų stiprinimo.
Kiti automobilių kėbulų lazerinio suvirinimo procesai
Lazerinis giluminis suvirinimas, lazerinis užpildų suvirinimas, lazerinis litavimas ir lazerinis lankinis kompozitinių medžiagų suvirinimas bei kiti suvirinimo procesai turi brandesnę teoriją ir platų praktinį pritaikymą. Didėjant automobilių pramonės kėbulų suvirinimo efektyvumo reikalavimams ir didėjant skirtingų medžiagų suvirinimo poreikiui lengvosiose gamyboje, dėmesio sulaukė lazerinis taškinis suvirinimas, lazerinis osciliacinis suvirinimas, daugialazerinis suvirinimas ir lazerinis suvirinimas sklendėmis.
Lazerinio taškinio suvirinimo procesas
Lazerinis taškinis suvirinimas yra pažangi lazerinio suvirinimo technologija, pasižyminti išskirtiniais didelio suvirinimo greičio ir didelio suvirinimo tikslumo privalumais. Pagrindinis lazerinio taškinio suvirinimo principas yra sufokusuoti lazerio spindulį į suvirinamos detalės tašką, kad metalas tame taške akimirksniu išsilydytų, o reguliuojant lazerio tankį, kad būtų pasiektas šiluminio laidumo suvirinimo arba gilaus lydymosi suvirinimo efektas, lazerio spinduliui nustojus veikti, skystas metalas grįžta į paviršių, sukietėja ir sudaro jungtį.
Yra dvi pagrindinės lazerinio taškinio suvirinimo rūšys: impulsinis lazerinis taškinis suvirinimas ir nuolatinis lazerinis taškinis suvirinimas. Impulsinio lazerinio taškinio suvirinimo lazerio spindulys turi didelę maksimalią energiją, tačiau veikimo laikas yra trumpas, todėl jis paprastai naudojamas lengvųjų metalų, tokių kaip magnio ir aliuminio lydiniai, suvirinimui. Nuolatinio lazerinio taškinio suvirinimo metu lazerio spindulys turi didelę vidutinę galią ir ilgą lazerio veikimo laiką, todėl dažniausiai naudojamas plienui suvirinti.
Automobilių kėbulų suvirinimo srityje, palyginti su varžiniu taškiniu suvirinimu, lazerinis taškinis suvirinimas turi bekontakčio ir savarankiškai suprojektuotos taškinio suvirinimo trajektorijos pranašumų, kurie gali patenkinti aukštos kokybės suvirinimo poreikį esant skirtingiems automobilių kėbulų medžiagų tarpams.
Lazerinio osciliacinio suvirinimo procesas
Lazerinis osciliacinis suvirinimas – tai nauja lazerinio suvirinimo technologija, pasiūlyta pastaraisiais metais ir sulaukusi didelio dėmesio. Šios technologijos principas – pasiekti greitą, tvarkingą ir nedidelį lazerio spindulio osciliavimą, integruojant osciliacinį veidrodį į lazerinio suvirinimo galvutę, taip pasiekiant spindulio maišymo efektą judant į priekį lazerinio suvirinimo metu.
Pagrindinės lazerinio osciliacinio suvirinimo proceso osciliacinių trajektorijų rūšys yra: skersinės osciliacijos, išilginės osciliacijos, apskritosios osciliacijos ir begalinės osciliacijos. Lazerinio osciliacinio suvirinimo procesas turi didelių pranašumų suvirinant automobilių kėbulus, nes lazerio spindulio osciliacija žymiai pakeičia išlydyto metalo tekėjimo būseną, todėl procesas gali pašalinti neišlydytus defektus, pasiekti grūdelių smulkinimą ir sumažinti poringumą suvirinant tą pačią automobilio kėbulo medžiagą, taip pat pagerinti nepakankamo skirtingų medžiagų sumaišymo ir prastų suvirinimo siūlės mechaninių savybių problemas suvirinant skirtingas automobilių kėbulo medžiagas.
Daugiasluoksnis lazerinis suvirinimo procesas
Šiuo metu šviesolaidiniai lazeriai gali būti naudojami vienam lazerio spinduliui padalinti į kelis lazerio spindulius, naudojant suvirinimo galvutėje įrengtą spindulio skaidymo modulį. Daugiasluoksnis lazerinis suvirinimas yra tolygus kelių šilumos šaltinių naudojimui suvirinimo procese. Reguliuojant spindulio energijos paskirstymą, skirtingi spinduliai gali atlikti skirtingas funkcijas, pavyzdžiui: didesnio energijos tankio spindulys yra pagrindinis spindulys, atsakingas už giluminį lydalo suvirinimą; mažesnio energijos tankio šalutinis spindulys gali išvalyti ir pašildyti medžiagos paviršių bei padidinti lazerio spindulio energijos absorbciją medžiagoje.
Daugiasluoksnis lazerinis suvirinimas gali pagerinti cinko garų garavimo savybes ir lydalo vonios dinamiką suvirinant cinkuotus plieno lakštus, išspręsti taškymosi problemą ir padidinti suvirinimo siūlės tempiamąjį stiprumą.
Lazerinio suvirinimo procesas
Lazerinio suvirinimo technologija – tai nauja lazerinio suvirinimo technologija, pasižyminti dideliu suvirinimo efektyvumu ir autonominiu suvirinimo trajektorijos dizainu. Pagrindinis lazerinio suvirinimo principas yra tas, kad kai lazerio spindulys krinta ant skenuojančio veidrodžio X ir Y veidrodžių, veidrodžio kampas yra valdomas autonominiu programavimu, kad lazerio spindulys būtų nukreiptas bet kokiu kampu.
Tradiciškai automobilių kėbulų lazerinis suvirinimas daugiausia remiasi suvirinimo roboto lazerinio suvirinimo galvutės sinchroniniu judėjimu, kad būtų pasiektas suvirinimo efektas. Tačiau pasikartojantis suvirinimo roboto slankiojantis judesys labai riboja automobilių kėbulų suvirinimo efektyvumą dėl didelio suvirinimo siūlių skaičiaus ir ilgo jų ilgio. Priešingai, lazerinis suvirinimas tam tikrame diapazone gali būti pasiektas tiesiog reguliuojant reflektoriaus kampą. Todėl lazerinio suvirinimo technologija gali žymiai pagerinti suvirinimo efektyvumą ir turi plačias taikymo galimybes.
Santrauka
Tobulėjant automobilių pramonei, kėbulų suvirinimo technologijų ateitis ir toliau vystysis tiek suvirinimo procese, tiek išmaniosiose technologijose.
Automobilių kėbulai, ypač naujų energijos šaltinių transporto priemonių kėbulai, vystosi lengvo svorio kryptimi. Lengvieji lydiniai, kompozicinės medžiagos ir heterogeninės medžiagos bus plačiau naudojami automobilių kėbuluose, o įprastinį lazerinio suvirinimo procesą sunku įvykdyti, todėl aukštos kokybės ir efektyvus suvirinimo procesas taps ateities plėtros tendencija.
Pastaraisiais metais atsirado naujų lazerinio suvirinimo procesų, tokių kaip svyravimo lazerinis suvirinimas, daugialazerinis suvirinimas, lazerinis sklendinis suvirinimas ir kt., kurie buvo pradinių teorinių tyrimų ir procesų tyrinėjimo objektas suvirinimo kokybės ir efektyvumo srityse. Ateityje reikės glaudžiai derinti naujus lazerinio suvirinimo procesus su lengvomis automobilių kėbulų medžiagomis, heterogeninių medžiagų suvirinimu ir kitais scenarijais, kad būtų galima sukurti lazerio spindulio svyravimo trajektorijos dizainą, daugialazerinio spindulio energijos veikimo mechanizmą ir sklendinio suvirinimo efektyvumo gerinimą bei kitus išsamius tyrimus, siekiant ištirti brandų lengvų automobilių kėbulų suvirinimo procesą.
Automobilių kėbulų lazerinio suvirinimo technologija yra giliai integruojama su išmaniosiomis technologijomis, automobilių kėbulų lazerinio suvirinimo būsenos stebėjimas realiuoju laiku ir proceso parametrų valdymas grįžtamuoju ryšiu atlieka lemiamą vaidmenį suvirinimo kokybei. Dabartinė išmanioji lazerinio suvirinimo technologija dažniausiai naudojama trajektorijos planavimui ir sekimui prieš suvirinimą bei kokybės patikrai po suvirinimo. Vietiniai ir užsienio tyrimai suvirinimo defektų aptikimo ir adaptyvaus parametrų reguliavimo srityje dar tik pradedami, o lazerinio suvirinimo proceso parametrų adaptyvaus valdymo technologija automobilių kėbulų gamyboje dar nebuvo taikoma.
Todėl, norint pritaikyti lazerinio suvirinimo technologiją automobilių kėbulų suvirinimo proceso charakteristikoms, ateityje reikėtų sukurti pažangią daugiajutiklių lazerinio suvirinimo intelektualią jutimo sistemą ir didelės spartos didelio tikslumo suvirinimo roboto valdymo sistemą, siekiant užtikrinti, kad lazerinio suvirinimo intelektuali technologija veiktų realiuoju laiku ir būtų tiksliai kiekviena grandis, naudojant „prieš suvirinimo trajektorijos planavimą – suvirinimo parametrus, adaptyvų valdymą, suvirinimo kokybės patikrinimą internetu“, siekiant užtikrinti aukštą kokybę ir efektyvų apdorojimą.
„Maven“ lazerių automatizavimo įmonė 14 metų specializuojasi lazerių pramonėje. Specializuojamės lazeriniame suvirinime, turime robotinės rankos lazerinio suvirinimo aparatą, stalinį automatinį lazerinio suvirinimo aparatą, rankinį lazerinio suvirinimo aparatą, be to, taip pat turime lazerinio suvirinimo aparatą, lazerinio pjovimo aparatą ir lazerinio žymėjimo graviravimo aparatą. Turime daug lazerinio suvirinimo sprendimų pavyzdžių. Jei susidomėjote, visada galite susisiekti su mumis.
Įrašo laikas: 2022 m. gruodžio 9 d.
