به عنوان حامل سایر قطعات خودرو، فناوری ساخت بدنه خودرو مستقیماً کیفیت کلی ساخت خودرو را تعیین میکند. در فرآیند ساخت بدنه خودرو، جوشکاری یک فرآیند تولید مهم است. فناوریهای جوشکاری که در حال حاضر برای جوشکاری بدنه خودرو استفاده میشوند، عمدتاً شامل جوشکاری مقاومتی نقطهای، جوشکاری با گاز محافظ مذاب بیاثر (جوشکاری MIG) و جوشکاری قوسی با گاز محافظ مذاب فعال (جوشکاری MAG) و همچنین جوشکاری لیزری هستند.
به عنوان یک فناوری جوشکاری پیشرفته با ادغام نوری-مکانیکی، فناوری جوشکاری لیزر در مقایسه با فناوری سنتی جوشکاری بدنه خودرو، مزایایی از جمله چگالی انرژی بالا، سرعت جوشکاری سریع، تنش و تغییر شکل جوشکاری کم و انعطافپذیری خوب را دارد.
ساختار بدنه خودرو پیچیده است و قطعات بدنه عمدتاً از اجزای دیواره نازک و منحنی تشکیل شدهاند. جوشکاری بدنه خودرو با مشکلاتی مانند تنوع در مواد بدنه، ضخامت متفاوت قطعات بدنه، مسیرهای جوشکاری متنوع و اشکال اتصال مواجه است. علاوه بر این، جوشکاری بدنه خودرو الزامات بالایی در کیفیت جوشکاری و راندمان جوشکاری دارد.
بر اساس پارامترهای مناسب فرآیند جوشکاری، جوشکاری لیزری میتواند استحکام خستگی بالا و چقرمگی ضربه قطعات کلیدی بدنه خودرو را هنگام جوشکاری تضمین کند، در نتیجه کیفیت و عمر مفید جوشکاری بدنه را تضمین میکند. فناوری جوشکاری لیزری میتواند با جوشکاری قطعات بدنه خودرو با اشکال مختلف اتصال، ضخامتهای مختلف و انواع مواد مختلف سازگار شود و نیاز به انعطافپذیری در تولید بدنه خودرو را برآورده کند. بنابراین، فناوری جوشکاری لیزری یک وسیله فنی مهم برای دستیابی به توسعه با کیفیت بالا در صنعت خودرو است.
فرآیند جوشکاری لیزری برای بدنه خودرو
اصل فرآیند جوشکاری همجوشی عمیق لیزری: هنگامی که چگالی توان لیزر به سطح خاصی میرسد، سطح ماده تبخیر میشود و در نتیجه یک سوراخ کلید تشکیل میشود. هنگامی که فشار بخار فلز درون سوراخ با فشار استاتیک و کشش سطحی مایع اطراف به تعادل دینامیکی میرسد، لیزر میتواند از طریق سوراخ کلید به پایین سوراخ تابیده شود و با حرکت پرتو لیزر، یک جوش پیوسته تشکیل میشود. در فرآیند جوشکاری همجوشی عمیق لیزری، نیازی به افزودن شار کمکی یا پرکننده برای جوش دادن مواد خود قطعه کار به یک قطعه نیست.
درز جوش حاصل از جوشکاری همجوشی عمیق لیزری عموماً صاف و مستقیم با تغییر شکل کم است که این امر به بهبود دقت تولید بدنه خودرو کمک میکند. استحکام کششی جوش بالا است که کیفیت جوشکاری بدنه خودرو را تضمین میکند. سرعت جوشکاری بالا است که به بهبود راندمان تولید جوشکاری کمک میکند.
در فرآیند جوشکاری بدنه خودرو، استفاده از فرآیند جوشکاری همجوشی عمیق لیزری میتواند تعداد قطعات، قالبها و ابزار جوشکاری را به میزان قابل توجهی کاهش دهد و در نتیجه وزن بار بدنه و هزینههای تولید را کاهش دهد. با این حال، فرآیند جوشکاری همجوشی عمیق لیزری تحمل کمتری نسبت به فاصله مونتاژ قطعات مورد جوشکاری دارد و فاصله مونتاژ باید بین 0.05 تا 2 میلیمتر کنترل شود. اگر فاصله مونتاژ خیلی بزرگ باشد، عیوب جوشکاری مانند تخلخل ایجاد میشود.
تحقیقات فعلی نشان میدهد که در جوشکاری بدنه خودرو با همان جنس، با بهینهسازی پارامترهای فرآیند جوشکاری همجوشی عمیق لیزری، میتوان به جوشکاری با تشکیل سطح خوب، عیوب داخلی کمتر و خواص مکانیکی عالی دست یافت. خواص مکانیکی عالی جوش میتواند الزامات استفاده از اجزای جوش داده شده بدنه خودرو را برآورده کند. با این حال، در جوشکاری بدنه خودرو، آلیاژ آلومینیوم-فولاد به عنوان نماینده فرآیند جوشکاری همجوشی عمیق لیزری فلز ناهمگن، هنوز به بلوغ نرسیده است، اگرچه با اضافه کردن یک لایه انتقالی میتوان عملکرد عالی جوش را به دست آورد، اما مواد مختلف لایه انتقالی بر مکانیسم تأثیر لایه IMC و تأثیر آن بر ریزساختار مکانیسم جوش مشخص نیست و نیاز به مطالعه عمیقتر دارد.
فرآیند جوشکاری پر کردن سیم لیزر بدنه خودرو
فرآیند جوشکاری پرکننده لیزری بر اساس اصل زیر است: یک اتصال جوش داده شده با پیش پر کردن جوش با یک سیم خاص یا با تغذیه همزمان سیم در طول فرآیند جوشکاری لیزر تشکیل میشود. این معادل تغذیه مقدار تقریباً همگنی از مواد سیم به داخل حوضچه جوش در طول جوشکاری همجوشی عمیق لیزری است. نمودار زیر فرآیند جوشکاری پرکننده لیزری را نشان میدهد.
در مقایسه با جوشکاری همجوشی عمیق لیزری، جوشکاری پرکننده لیزری دو مزیت در جوشکاری بدنه خودرو دارد: اولاً، میتواند به طور قابل توجهی تحمل فاصله مونتاژ بین قطعات بدنه خودرو که باید جوش داده شوند را بهبود بخشد و مشکل نیاز به فاصله مورب بالا برای جوشکاری همجوشی عمیق لیزری را حل کند؛ ثانیاً، میتواند با استفاده از سیمهایی با ترکیب متفاوت، توزیع بافت در ناحیه جوش را بهبود بخشد و سپس عملکرد جوش را تنظیم کند.
در فرآیند ساخت بدنه خودرو، فرآیند جوشکاری پرکننده لیزری عمدتاً برای جوشکاری قطعات آلیاژ آلومینیوم و فولاد بدنه استفاده میشود. به خصوص در فرآیند جوشکاری قطعات آلیاژ آلومینیوم بدنه خودرو، کشش سطحی حوضچه مذاب کوچک است که به راحتی میتواند منجر به فروپاشی حوضچه مذاب شود، در حالی که فرآیند جوشکاری پرکننده لیزری میتواند مشکل فروپاشی حوضچه مذاب را از طریق ذوب سیم در فرآیند جوشکاری لیزری بهتر حل کند.
فرآیند لحیم کاری لیزری بدنه خودرو
فرآیند لحیم کاری لیزری بر اساس اصل زیر است: با استفاده از لیزر به عنوان منبع گرما، پرتو لیزر متمرکز شده و بر روی سطح سیم تابانده میشود، سیم ذوب میشود، سیم ذوب شده به پایین میچکد و قطعه کار مورد جوشکاری را پر میکند و اثرات متالورژیکی مانند ذوب و انتشار بین ماده لحیم کاری و قطعه کار رخ میدهد و در نتیجه قطعه کار به هم متصل میشود. برخلاف فرآیند جوشکاری پرکننده لیزری، فرآیند لحیم کاری لیزری فقط سیم را ذوب میکند و نه قطعه کار مورد جوشکاری. لحیم کاری لیزری از پایداری جوشکاری خوبی برخوردار است، اما استحکام کششی جوش حاصل کم است. شکل 3 کاربرد فرآیند لحیم کاری لیزری را در جوشکاری پوشش محفظه بار خودرو نشان میدهد.
در فرآیند جوشکاری بدنه خودرو، فرآیند لحیم کاری لیزری عمدتاً برای جوشکاری قطعات بدنه که به استحکام اتصال بالایی نیاز ندارند، مانند جوشکاری بین پوشش بالایی و قابهای کناری، جوشکاری بین قسمت بالایی و پایینی پوشش محفظه بار و غیره استفاده میشود. پوشش بالایی فولکس واگن، آئودی و سایر مدلهای متوسط و گرانقیمت، همگی از فرآیند لحیم کاری لیزری استفاده میکنند.
عیوب اصلی در اتصالات لحیمکاری لیزری بدنه خودرو شامل ساییدگی لبه، تخلخل، تغییر شکل جوش و غیره است و این عیوب را میتوان با تنظیم پارامترهای فرآیند و استفاده از فرآیند لحیمکاری لیزری چند کانونی به طور قابل توجهی کاهش داد.
فرآیند جوشکاری کامپوزیت قوس لیزری بدنه خودرو
اصول فرآیند جوشکاری کامپوزیت با لیزر-قوس به شرح زیر است: دو منبع گرما، لیزر و قوس، به طور همزمان بر روی سطح قطعه کار مورد جوشکاری عمل میکنند و قطعه کار ذوب و منجمد میشود تا یک درز جوش تشکیل شود. نمودار زیر فرآیند جوشکاری با لیزر-قوس را نشان میدهد.
جوشکاری کامپوزیت قوسی لیزری مزایای جوشکاری لیزر و جوشکاری قوسی را با هم ترکیب میکند: اول، تحت تأثیر منابع حرارتی دوگانه، سرعت جوشکاری میتواند افزایش یابد، ورودی گرما کمتر میشود، تغییر شکل جوش کوچک است و ویژگیهای جوشکاری لیزری حفظ میشود؛ دوم، توانایی پل زدن بهتر، تحمل شکاف مونتاژ بیشتر است؛ سوم، سرعت انجماد حوضچه مذاب کندتر میشود که منجر به از بین رفتن منافذ، ترکها و سایر عیوب جوشکاری میشود و سازماندهی و عملکرد منطقه تحت تأثیر حرارت را بهبود میبخشد. چهارم، به دلیل قوس، قادر به جوشکاری مواد با بازتاب و رسانایی حرارتی بالا با طیف وسیعتری از مواد کاربردی است.
در فرآیند تولید بدنه خودرو، فرآیند جوشکاری کامپوزیت قوسی لیزری عمدتاً شامل جوشکاری اجزای آلیاژ آلومینیوم بدنه و فلزات غیرمشابه آلیاژ آلومینیوم-فولاد است. برای شکاف مونتاژ قطعات بزرگتر، مانند قسمت درب خودرو، محل جوشکاری به این دلیل است که شکاف مونتاژ برای عملکرد پل سازی جوشکاری کامپوزیت قوسی لیزری مساعد است. علاوه بر این، فناوری جوشکاری کامپوزیت قوسی لیزری-MIG نیز برای موقعیت تیر سقف جانبی بدنه آئودی اعمال میشود.
در فرآیند جوشکاری بدنه خودرو، جوشکاری کامپوزیت قوسی لیزری در مقایسه با جوشکاری تک لیزر، مزیت تلرانس شکاف بزرگ را دارد، با این حال، جوشکاری کامپوزیت قوسی لیزری نیاز به بررسی جامع موقعیت نسبی لیزر و قوس، پارامترهای جوشکاری لیزر، پارامترهای قوس و سایر عوامل دارد. رفتار انتقال حرارت و جرم فرآیند جوشکاری قوسی لیزری پیچیده است، به خصوص تنظیم انرژی جوشکاری مواد ناهمگن و مکانیسم ضخامت IMC و تنظیم بافت هنوز مشخص نیست و نیاز به تقویت بیشتر تحقیقات دارد.
سایر فرآیندهای جوشکاری لیزری بدنه خودرو
جوشکاری همجوشی عمیق لیزری، جوشکاری پرکننده لیزری، لحیم کاری لیزری و جوشکاری کامپوزیت قوس لیزری و سایر فرآیندهای جوشکاری، تئوری بالغتری دارند و طیف وسیعی از کاربردهای عملی را شامل میشوند. با افزایش نیازهای صنعت خودرو برای افزایش راندمان جوشکاری بدنه و تقاضا برای جوشکاری مواد غیرمشابه در تولید سبک وزن، جوشکاری نقطهای لیزری، جوشکاری نوسانی لیزری، جوشکاری پرتو چند لیزری و جوشکاری پرواز لیزری مورد توجه قرار گرفتهاند.
فرآیند جوشکاری نقطهای لیزری
جوشکاری نقطهای لیزری یک فناوری پیشرفته جوشکاری لیزری با مزایای برجسته سرعت جوشکاری بالا و دقت جوشکاری بالا است. اصل اساسی جوشکاری نقطهای لیزری، تمرکز پرتو لیزر بر روی یک نقطه از قطعه مورد جوشکاری است، به طوری که فلز در آن نقطه فوراً ذوب میشود و با تنظیم چگالی لیزر برای دستیابی به جوشکاری هدایت حرارتی یا جوشکاری همجوشی عمیق، هنگامی که پرتو لیزر کار خود را متوقف میکند، فلز مایع رفلاکس، جامد شده و یک اتصال تشکیل میدهد.
دو شکل اصلی جوشکاری نقطهای لیزری وجود دارد: جوشکاری نقطهای لیزری پالسی و جوشکاری نقطهای لیزری پیوسته. پرتو لیزر در جوشکاری نقطهای لیزری پالسی انرژی پیک بالایی دارد، اما زمان عمل کوتاه است و عموماً برای جوشکاری فلزات سبک مانند آلیاژهای منیزیم و آلیاژهای آلومینیوم استفاده میشود. در جوشکاری نقطهای لیزری پیوسته، پرتو لیزر دارای توان متوسط بالا و زمان عمل لیزر طولانی است و بیشتر برای جوشکاری فولاد استفاده میشود.
در جوشکاری بدنه خودرو، در مقایسه با جوشکاری مقاومتی نقطهای، جوشکاری نقطهای لیزری مزایای مسیر جوشکاری نقطهای غیر تماسی و خود طراحی شده را دارد که میتواند نیاز به جوشکاری با کیفیت بالا را در فواصل مختلف لبههای مواد بدنه خودرو برآورده کند.
فرآیند جوشکاری نوسانی لیزری
جوشکاری نوسانی لیزری یک فناوری جدید جوشکاری لیزری است که در سالهای اخیر مطرح شده و توجه گستردهای را به خود جلب کرده است. اصل این فناوری دستیابی به نوسان سریع، منظم و کوچک پرتو لیزر با ادغام یک آینه نوسانی در سر جوشکاری لیزر است، در نتیجه به اثر هم زدن پرتو در حین حرکت رو به جلو در حین جوشکاری لیزر دست مییابد.
مسیرهای اصلی نوسان در فرآیند جوشکاری نوسانی لیزری شامل موارد زیر است: نوسان عرضی، نوسان طولی، نوسان دایرهای و نوسان بینهایت. فرآیند جوشکاری نوسانی لیزری مزایای قابل توجهی در جوشکاری بدنه خودرو دارد، زیرا وضعیت جریان حوضچه مذاب به طور قابل توجهی توسط نوسان پرتو لیزر تغییر میکند، بنابراین این فرآیند میتواند عیوب ذوب نشده را از بین ببرد، به اصلاح دانه دست یابد و تخلخل را در جوشکاری مواد بدنه خودرو یکسان سرکوب کند و مشکلات اختلاط ناکافی مواد مختلف و خواص مکانیکی ضعیف درز جوش را در جوشکاری مواد بدنه خودرو غیر مشابه بهبود بخشد.
فرآیند جوشکاری با پرتو لیزر چندگانه
در حال حاضر، میتوان از لیزرهای فیبری برای تقسیم یک پرتو لیزر واحد به چندین پرتو لیزر با استفاده از یک ماژول تقسیم پرتو که در سر جوشکاری نصب شده است، استفاده کرد. جوشکاری پرتو چند لیزری معادل اعمال چندین منبع حرارتی در فرآیند جوشکاری است. با تنظیم توزیع انرژی پرتو، پرتوهای مختلف میتوانند عملکردهای مختلفی را انجام دهند، مانند: پرتو با چگالی انرژی بالاتر، پرتو اصلی است که وظیفه جوشکاری ذوب عمیق را بر عهده دارد. پرتو فرعی با چگالی انرژی کمتر میتواند سطح ماده را تمیز و پیش گرم کند و جذب انرژی پرتو لیزر توسط ماده را افزایش دهد.
فرآیند جوشکاری پرتو چند لیزری میتواند رفتار تبخیر بخار روی و رفتار دینامیکی حوضچه مذاب را در حین جوشکاری ورقهای فولادی گالوانیزه بهبود بخشد، مشکل پاشش را بهبود بخشد و استحکام کششی درز جوش را افزایش دهد.
فرآیند جوشکاری پروازی لیزری
فناوری جوشکاری پرواز لیزری، یک فناوری جدید جوشکاری لیزری با راندمان جوشکاری بالا و طراحی خودکار مسیر جوشکاری است. اصل اساسی جوشکاری پرواز لیزری این است که وقتی پرتو لیزر به آینههای X و Y آینه اسکن برخورد میکند، زاویه آینه از طریق برنامهریزی خودکار کنترل میشود تا انحراف پرتو لیزر در هر زاویهای حاصل شود.
به طور سنتی، جوشکاری لیزری بدنه خودرو عمدتاً به ربات جوشکار متکی است تا سر جوشکاری لیزر را برای حرکت همزمان به حرکت درآورد تا به اثر جوشکاری دست یابد. با این حال، حرکت رفت و برگشتی تکراری ربات جوشکار به دلیل تعداد زیاد جوشها و طول زیاد جوشها، کارایی جوشکاری بدنه خودرو را به شدت محدود میکند. در مقابل، جوشکاری پرواز لیزری را میتوان در یک محدوده خاص با تنظیم ساده زاویه بازتابنده انجام داد. بنابراین، فناوری جوشکاری پرواز لیزری میتواند به طور قابل توجهی کارایی جوشکاری را بهبود بخشد و چشمانداز کاربرد گستردهای دارد.
خلاصه
با توسعه صنعت خودرو، آینده فناوری جوشکاری بدنه خودرو هم در فرآیند جوشکاری و هم در فناوری هوشمند به توسعه خود ادامه خواهد داد.
بدنه خودرو، به ویژه بدنه خودروهای انرژی نو، در جهت سبک وزن شدن در حال توسعه است. آلیاژهای سبک، مواد کامپوزیتی و مواد ناهمگن به طور گستردهتری در بدنه خودرو مورد استفاده قرار خواهند گرفت، فرآیند جوشکاری لیزری مرسوم به سختی میتواند الزامات جوشکاری آن را برآورده کند، بنابراین فرآیند جوشکاری با کیفیت بالا و کارآمد به روند توسعه آینده تبدیل خواهد شد.
در سالهای اخیر، فرآیندهای جوشکاری لیزری نوظهور، مانند جوشکاری نوسانی لیزری، جوشکاری پرتو چند لیزری، جوشکاری پروازی لیزری و غیره، در کیفیت جوشکاری و راندمان جوشکاری، تحقیقات نظری اولیه و کاوش فرآیند بودهاند. در آینده، فرآیند جوشکاری لیزری نوظهور و مواد سبک بدنه خودرو، جوشکاری مواد ناهمگن و سایر سناریوهای ترکیبی نزدیک، طراحی مسیر نوسان پرتو لیزر، مکانیسم عمل انرژی پرتو چند لیزری و بهبود راندمان جوشکاری پروازی و سایر جنبههای تحقیقات عمیق برای بررسی یک فرآیند جوشکاری بدنه خودرو سبک وزن بالغ، مورد نیاز خواهد بود.
فناوری جوشکاری لیزری بدنه خودرو عمیقاً با فناوری هوشمند در حال ادغام است، حسگری بلادرنگ از وضعیت جوشکاری لیزری بدنه خودرو و کنترل بازخورد پارامترهای فرآیند، نقش تعیینکنندهای در کیفیت جوشکاری دارند. فناوری جوشکاری لیزری هوشمند فعلی عمدتاً برای برنامهریزی و ردیابی مسیر قبل از جوشکاری و بازرسی کیفیت پس از جوشکاری استفاده میشود. تحقیقات داخلی و خارجی در زمینه تشخیص عیوب جوشکاری و تنظیم تطبیقی پارامترها هنوز در مراحل ابتدایی خود است و فناوری کنترل تطبیقی پارامترهای فرآیند جوشکاری لیزری در تولید بدنه خودرو به کار گرفته نشده است.
بنابراین، برای کاربرد فناوری جوشکاری لیزری در ویژگیهای فرآیند جوشکاری بدنه خودرو، آینده باید با سیستم حسگر هوشمند جوشکاری لیزری پیشرفته با هسته چند حسگری و سیستم کنترل ربات جوشکاری با سرعت بالا و دقت بالا توسعه یابد تا از فناوری هوشمند جوشکاری لیزری در زمان واقعی و دقت هر لینک، از طریق لینک "برنامهریزی مسیر پیش از جوشکاری - کنترل تطبیقی پارامترهای جوشکاری و بازرسی آنلاین کیفیت پس از جوشکاری" اطمینان حاصل شود تا از کیفیت بالا و پردازش کارآمد اطمینان حاصل شود.
شرکت اتوماسیون لیزر Maven به مدت ۱۴ سال بر صنعت لیزر تمرکز دارد، ما در جوشکاری لیزر تخصص داریم، ما دستگاه جوشکاری لیزر بازوی رباتیک، دستگاه جوشکاری لیزر اتوماتیک رومیزی، دستگاه جوشکاری لیزر دستی داریم، علاوه بر این، ما دستگاه جوشکاری لیزر، دستگاه برش لیزر و دستگاه حکاکی لیزری نیز داریم، ما موارد زیادی برای ارائه راهحلهای جوشکاری لیزر داریم، در صورت تمایل میتوانید همیشه با ما تماس بگیرید.
زمان ارسال: 9 دسامبر 2022
