Oito processos de soldagem a laser na fabricação de carrocerias de automóveis

Introdução

Como a carroceria do veículo é a transportadora de outras partes do veículo, sua tecnologia de fabricação determina diretamente a qualidade geral de fabricação do veículo.A soldagem é um importante processo de produção no processo de fabricação de carrocerias de automóveis.Atualmente, as tecnologias de soldagem utilizadas para soldagem de carrocerias automotivas incluem principalmente soldagem por pontos de resistência, soldagem MIG, soldagem MAG e soldagem a laser.

A tecnologia de soldagem a laser como uma tecnologia avançada de soldagem de integração optoeletromecânica, em comparação com a tecnologia tradicional de soldagem de carrocerias de automóveis, tem as vantagens de alta densidade de energia, velocidade de soldagem rápida, pequenas tensões e deformações de soldagem e boa flexibilidade.

A estrutura da carroceria do automóvel é complexa e seus componentes são principalmente de paredes finas e curvas.A soldagem de carrocerias de automóveis enfrenta algumas dificuldades, como mudanças no material da carroceria, diferentes espessuras das partes da carroceria, trajetória de soldagem diversificada e formas de juntas.Além disso, a soldagem de carrocerias de automóveis tem altos requisitos de qualidade e eficiência de soldagem.

Com base nos parâmetros apropriados do processo de soldagem, a soldagem a laser pode garantir alta resistência à fadiga e resistência ao impacto dos principais componentes da carroceria do carro, de modo a garantir a qualidade da soldagem e a vida útil da carroceria do carro.A tecnologia de soldagem a laser pode se adaptar a diferentes formas de juntas, diferentes espessuras e diferentes tipos de materiais de soldagem de peças de carrocerias de automóveis, para atender às necessidades flexíveis de fabricação de carrocerias de automóveis.Portanto, a tecnologia de soldagem a laser é um meio técnico importante para alcançar o desenvolvimento de alta qualidade da indústria automotiva.

Tecnologia de soldagem a laser de carrocerias de automóveis

Tecnologia de soldagem de penetração profunda a laser de carrocerias de automóveis

O princípio do processo de soldagem por penetração profunda a laser (Figura 1) é o seguinte: quando a densidade de potência do laser atinge um determinado nível, a superfície do material vaporiza, formando um buraco de fechadura.Quando a pressão do vapor metálico no furo atinge um equilíbrio dinâmico com a pressão estática e a tensão superficial do líquido circundante, o laser pode ser irradiado para o fundo do furo através do buraco da fechadura, e com o movimento do feixe de laser, um contínuo solda é formada.Durante o processo de soldagem por penetração profunda a laser, não há necessidade de adicionar fluxo auxiliar ou enchimento, e os próprios materiais da peça podem ser soldados entre si.

              FIGO.1 Diagrama esquemático do processo de soldagem por penetração profunda a laser

A solda obtida pela soldagem de penetração profunda a laser é geralmente lisa e reta, e a deformação é pequena, o que contribui para melhorar a precisão de fabricação da carroceria do automóvel.A alta resistência à tração da solda garante a qualidade da soldagem da carroceria do automóvel.A velocidade de soldagem é rápida, o que contribui para melhorar a eficiência da produção de soldagem.

No processo de soldagem de carrocerias de automóveis, o uso do processo de soldagem de penetração profunda a laser pode reduzir significativamente o número de peças, moldes e ferramentas de soldagem, reduzindo assim o peso da carroceria e os custos de produção.No entanto, o processo de soldagem por penetração profunda a laser tem uma tolerância baixa para a folga de montagem das peças soldadas, e a folga de montagem precisa ser controlada entre 0,05 e 2 mm.Se a folga de montagem for muito grande, ocorrerão defeitos de soldagem, como poros.

A pesquisa atual mostra que a solda com boa conformação superficial, menos defeitos internos e excelentes propriedades mecânicas pode ser obtida otimizando os parâmetros do processo de soldagem de penetração profunda a laser na soldagem do mesmo material da carroceria de automóvel.As excelentes propriedades mecânicas da solda podem atender às necessidades dos componentes de soldagem da carroceria do automóvel.No entanto, na soldagem de carrocerias de automóveis, a tecnologia de soldagem de penetração profunda a laser de metal diferente representada por liga de alumínio e aço não está madura.Embora costuras de soldagem com excelente desempenho possam ser obtidas pela adição de camadas de transição, o mecanismo de influência dos diferentes materiais da camada de transição na camada IMC e seu mecanismo de ação na microestrutura da solda não são claros, e mais pesquisas são necessárias.

Processo de soldagem de enchimento de fio a laser para carroceria de automóvel

O princípio do processo de soldagem com fio de enchimento a laser é o seguinte: uma junta soldada é formada pré-preenchendo um fio de soldagem específico na solda ou alimentando o fio de soldagem simultaneamente durante o processo de soldagem a laser.Isto equivale a inserir material de fio de soldagem aproximadamente homogêneo na poça de fusão durante a soldagem de penetração profunda a laser.O diagrama esquemático do processo de soldagem do fio de enchimento a laser é mostrado na Figura 2.

FIGO.2 Diagrama esquemático do processo de soldagem com enchimento de fio a laser

Em comparação com a soldagem de penetração profunda a laser, a soldagem de enchimento de fio a laser tem duas vantagens na soldagem de carrocerias automáticas: primeiro, pode melhorar muito a tolerância da lacuna de montagem entre as peças da carroceria a serem soldadas e resolver o problema que a soldagem de penetração profunda a laser requer muita folga na ranhura;Em segundo lugar, a distribuição do tecido da área de solda pode ser melhorada usando fios de soldagem com diferentes conteúdos de composição, e então o desempenho da solda pode ser regulado.

No processo de fabricação de carrocerias de automóveis, o processo de soldagem com enchimento de fio a laser é usado principalmente para soldar ligas de alumínio e peças de aço da carroceria.Especialmente no processo de soldagem de peças de liga de alumínio de carrocerias de automóveis, a tensão superficial da poça fundida é pequena, o que é fácil de levar ao colapso da poça fundida, e o processo de soldagem de enchimento de fio a laser pode resolver melhor o problema do colapso da poça fundida derretendo o fio de soldagem.

Tecnologia de brasagem a laser de carrocerias de automóveis

O princípio do processo de brasagem a laser é o seguinte: o laser é usado como fonte de calor, o feixe de laser é iluminado na superfície do fio de soldagem após ser focado, o fio de soldagem é derretido, o fio derretido cai e é preenchido entre o peças a serem soldadas, e efeitos metalúrgicos, como fusão e difusão, ocorrem entre o metal de adição e a peça de trabalho, de modo que a peça de trabalho fica conectada.Ao contrário do processo de soldagem com enchimento de fio a laser, o processo de brasagem a laser apenas derrete o fio e não derrete a peça a ser soldada.A brasagem a laser tem boa estabilidade de soldagem, mas a resistência à tração da solda é baixa.FIGO.3 mostra a aplicação do processo de brasagem a laser na soldagem de tampas de bagagens de automóveis.

FIGO.3 Aplicação de brasagem a laser em automóveis: (a) soldagem a laser do capô traseiro;(b) Diagrama esquemático da brasagem a laser

No processo de soldagem de carrocerias de automóveis, o processo de brasagem a laser consiste principalmente na soldagem de partes da carroceria com baixos requisitos de resistência das juntas, como a soldagem entre a tampa superior e a parede lateral da carroceria, a soldagem entre as partes superior e inferior do tronco tampa, etc., Volkswagen, Audi e outros modelos sofisticados da tampa superior estão usando processo de brasagem a laser.

Os principais defeitos na costura de soldagem por brasagem a laser da carroceria do automóvel incluem mordidas nas bordas, porosidade, deformação da solda, etc. Os defeitos podem ser suprimidos obviamente ajustando os parâmetros do processo e usando o processo de brasagem a laser multifoco.

Tecnologia de soldagem composta por arco laser de carroceria de automóvel

O princípio do processo de soldagem composta a arco laser é o seguinte: usando duas fontes de calor de laser e arco para atuar na superfície da peça a ser soldada ao mesmo tempo, a peça é derretida e solidificada para formar uma solda.A Figura 4 mostra o diagrama esquemático do processo de soldagem composta por arco laser.

FIGO.4 Diagrama esquemático do processo de soldagem composta por arco laser

A soldagem composta por arco a laser tem as vantagens da soldagem a laser e da soldagem a arco: primeiro, sob a ação de fontes duplas de calor, a velocidade de soldagem é melhorada, a entrada de calor é pequena, a deformação da solda é pequena e as características da soldagem a laser são mantidos;Em segundo lugar, tem melhor capacidade de ponte e maior tolerância à lacuna de montagem;Terceiro, a taxa de solidificação da poça fundida é lenta, o que contribui para eliminar defeitos de soldagem, como poros e rachaduras, e melhorar a estrutura e o desempenho da zona afetada pelo calor.Quarto, devido ao efeito do arco, pode soldar materiais com alta refletividade e alta condutividade térmica, e a gama de materiais de aplicação é mais ampla.

No processo de fabricação de carrocerias de automóveis, o processo de soldagem composta por arco a laser serve principalmente para soldar componentes de liga de alumínio da carroceria e metais diferentes de alumínio-aço, e a soldagem é realizada para peças com grandes lacunas de montagem, como a soldagem de peças de a porta do carro, porque a lacuna de montagem é propícia ao desempenho da ponte da soldagem composta por arco a laser.Além disso, a tecnologia de soldagem composta por arco laser-MIG também é aplicada à posição lateral superior da carroceria do Audi.

No processo de soldagem de carrocerias de automóveis, a soldagem composta a arco a laser tem a vantagem de maior tolerância a lacunas do que a soldagem a laser único, mas a posição relativa do laser e do arco, parâmetros de soldagem a laser, parâmetros de arco e outros fatores devem ser considerados de forma abrangente.O comportamento da transferência de calor e massa na soldagem a arco a laser é complexo, especialmente o mecanismo de regulação de energia e regulação de espessura e estrutura IMC na soldagem de materiais diferentes ainda não está claro, e mais pesquisas são necessárias.

Outros processos de soldagem a laser para carrocerias automotivas

Soldagem de penetração profunda a laser, soldagem de enchimento de fio a laser, brasagem a laser e soldagem composta por arco a laser e outros processos de soldagem têm sido uma teoria mais madura e extensas aplicações práticas.Com a melhoria dos requisitos da indústria automotiva para a eficiência da soldagem de carrocerias e o aumento da demanda por soldagem de materiais diferentes na fabricação automotiva leve, a soldagem a ponto a laser, a soldagem oscilante a laser, a soldagem por feixe multi-laser e a soldagem a voo a laser têm recebido atenção. para.

Processo de soldagem a ponto a laser 

A soldagem a ponto a laser é uma tecnologia avançada de soldagem a laser, que tem as vantagens de rápida velocidade de soldagem e alta precisão de soldagem.O princípio básico da soldagem a ponto a laser é focar o feixe de laser em um determinado ponto da peça a ser soldada, de modo que o metal no ponto seja derretido instantaneamente, ajustando a densidade do laser para obter soldagem por condução térmica ou efeito de soldagem por fusão profunda , quando o feixe de laser para de atuar, o metal líquido reflui, solidificado para formar uma junta.

Existem duas formas principais de soldagem por pontos a laser: soldagem por pontos a laser pulsado e soldagem por pontos a laser contínua.A energia de pico do feixe de laser para soldagem a ponto a laser pulsado é alta, mas o tempo de ação é curto, geralmente usado para soldagem de ligas de magnésio, ligas de alumínio e outros metais leves.A potência média do feixe de laser na soldagem contínua por pontos a laser é alta, o tempo de ação do laser é longo e é amplamente utilizado na soldagem de aço.

Em termos de soldagem de carroceria de automóvel, em comparação com a soldagem por ponto de resistência, a soldagem por ponto a laser tem as vantagens de sem contato, a trajetória de soldagem por ponto pode ser projetada de forma independente, etc., o que pode atender aos requisitos de soldagem de alta qualidade sob diferentes intervalos de volta de materiais para carrocerias de automóveis.

Processo de soldagem por balanço a laser

A soldagem por oscilação a laser é uma nova tecnologia de soldagem a laser proposta nos últimos anos, que tem sido amplamente preocupante.O princípio desta tecnologia é: ao integrar um grupo de galvanômetros na cabeça de soldagem a laser, o feixe de laser é rápido, ordenado e em um pequeno alcance, de modo a obter o efeito do feixe de laser avançando enquanto se agita.

As principais trajetórias de oscilação no processo de soldagem por oscilação a laser incluem oscilação transversal, oscilação longitudinal, oscilação circular e oscilação infinita.O processo de soldagem por oscilação a laser apresenta vantagens significativas na soldagem de carrocerias de automóveis.Sob a ação da oscilação do feixe de laser, o estado de fluxo da poça fundida é significativamente alterado.Portanto, o processo pode não apenas eliminar o defeito não fundido, mas também atingir o refinamento do grão e suprimir a porosidade na soldagem do mesmo material da carroceria do automóvel.Além disso, também pode melhorar problemas como mistura insuficiente de diferentes materiais e propriedades mecânicas deficientes de soldas na soldagem de materiais heterogêneos de carrocerias de automóveis.

 Processo de soldagem por feixe multilaser

Atualmente, o laser de fibra óptica pode ser dividido em vários feixes de laser por um módulo divisor instalado na cabeça de soldagem.A soldagem por feixe multilaser equivale à aplicação de múltiplas fontes de calor no processo de soldagem, ajustando a distribuição de energia do feixe, diferentes feixes podem atingir diferentes funções, tais como: o feixe com maior densidade de energia é o feixe principal, responsável por profundidade soldagem por penetração;A menor densidade de energia do feixe pode limpar e pré-aquecer a superfície do material e aumentar a absorção da energia do feixe de laser pelo material.

O material de aço galvanizado de alta resistência é amplamente utilizado em carrocerias de automóveis.A tecnologia de soldagem por feixe multilaser pode melhorar o comportamento de evaporação do vapor de zinco e o comportamento dinâmico da poça fundida no processo de soldagem de chapa de aço galvanizado, melhorar o problema de pulverização catódica e aumentar a resistência à tração da solda.

 Processo de soldagem a laser

A tecnologia de soldagem a laser é uma nova tecnologia de soldagem a laser, que possui alta eficiência de soldagem e pode ser projetada de forma independente.O princípio básico da soldagem a laser é que quando o feixe de laser incide nos espelhos X e Y do espelho de varredura, o ângulo do espelho é controlado por programação independente para obter a deflexão do feixe de laser em qualquer ângulo.

A soldagem a laser tradicional de carrocerias de automóveis depende principalmente do movimento síncrono da cabeça de soldagem a laser acionada por um robô de soldagem para obter o efeito de soldagem.No entanto, a eficiência de soldagem da carroceria do automóvel é severamente limitada pelo movimento alternativo repetitivo do robô de soldagem devido ao grande número de soldas e ao longo comprimento das soldas.Em contraste, a soldagem a laser só precisa ajustar o ângulo do espelho para obter a soldagem dentro de uma determinada faixa.Portanto, a tecnologia de soldagem a laser pode melhorar significativamente a eficiência da soldagem e tem amplas perspectivas de aplicação.

Resumo e prospecto

Com o desenvolvimento da indústria automobilística, a futura tecnologia de soldagem de carrocerias continuará a se desenvolver em dois aspectos: processo de soldagem e tecnologia inteligente.

A carroceria de automóveis, especialmente a carroceria de veículos de nova energia, está se desenvolvendo na direção de peso leve.Ligas leves, materiais compósitos e materiais diferentes serão mais amplamente utilizados em carrocerias de automóveis, o processo de soldagem a laser convencional é difícil de atender aos seus requisitos de soldagem, portanto, um processo de soldagem eficiente e de alta qualidade se tornará a tendência de desenvolvimento futuro.

Nos últimos anos, processos emergentes de soldagem a laser, como soldagem oscilante a laser, soldagem por feixe multilaser, soldagem aérea a laser, etc., têm sido pesquisas teóricas preliminares e exploração de processos em termos de qualidade e eficiência de soldagem.No futuro, é necessário combinar estreitamente o processo emergente de soldagem a laser com materiais leves e cenas de soldagem de materiais diferentes de carrocerias de automóveis, realizar pesquisas aprofundadas sobre o projeto da trajetória de oscilação do feixe de laser, o mecanismo de ação da energia do feixe multi-laser e a melhoria da eficiência da soldagem em voo e explorar um processo maduro de soldagem de carrocerias de automóveis leves.

A tecnologia de soldagem a laser de carrocerias de automóveis está profundamente integrada à tecnologia inteligente.A percepção em tempo real do estado da soldagem a laser da carroceria do automóvel e o controle de feedback dos parâmetros do processo desempenham um papel decisivo na qualidade da soldagem.A atual tecnologia inteligente de soldagem a laser é usada principalmente para planejamento e rastreamento de trajetória pré-soldagem e inspeção de qualidade pós-soldagem.No país e no exterior, a pesquisa sobre detecção de defeitos de soldagem e controle adaptativo de parâmetros ainda está em estágio inicial, e a tecnologia de controle adaptativo de parâmetros do processo de soldagem a laser não foi aplicada na fabricação de carrocerias de automóveis.

Portanto, tendo em vista as características de aplicação da tecnologia de soldagem a laser no processo de soldagem de carrocerias de automóveis, um sistema de detecção inteligente para soldagem a laser com multissensores avançados como núcleo e um sistema de controle de robô de soldagem de alta velocidade e alta precisão deve ser desenvolvido no futuro para garantir o tempo real e a precisão de todos os aspectos da tecnologia inteligente de soldagem a laser.Abra o link “planejamento da trajetória de pré-soldagem – controle adaptativo de parâmetros de detecção on-line da qualidade da soldagem após a soldagem” para garantir um processamento eficiente e de alta qualidade.