Introducción
Como la carrocería del vehículo es portadora de otras partes del vehículo, su tecnología de fabricación determina directamente la calidad general de fabricación del vehículo.La soldadura es un proceso de producción importante en el proceso de fabricación de carrocerías de automóviles.En la actualidad, las tecnologías de soldadura utilizadas para la soldadura de carrocerías de automóviles incluyen principalmente soldadura por puntos de resistencia, soldadura MIG, soldadura MAG y soldadura láser.
La tecnología de soldadura láser como tecnología avanzada de soldadura de integración optoelectromecánica, en comparación con la tecnología tradicional de soldadura de carrocerías de automóviles, tiene las ventajas de una alta densidad de energía, una velocidad de soldadura rápida, una pequeña tensión y deformación de la soldadura y una buena flexibilidad.
La estructura de la carrocería de un automóvil es compleja y sus componentes son principalmente de paredes delgadas y curvas.La soldadura de carrocerías de automóviles se enfrenta a algunas dificultades, como cambios en el material de la carrocería, diferentes espesores de las partes de la carrocería, trayectoria de soldadura diversificada y formas de unión.Además, la soldadura de carrocerías de automóviles tiene altos requisitos en cuanto a calidad y eficiencia de la soldadura.
Con base en los parámetros apropiados del proceso de soldadura, la soldadura láser puede garantizar una alta resistencia a la fatiga y resistencia al impacto de los componentes clave de la carrocería del automóvil, a fin de garantizar la calidad de la soldadura y la vida útil de la carrocería.La tecnología de soldadura láser puede adaptarse a diferentes formas de juntas, diferentes espesores y diferentes tipos de materiales de soldadura de piezas de carrocería para satisfacer las necesidades flexibles de la fabricación de carrocerías.Por lo tanto, la tecnología de soldadura láser es un medio técnico importante para lograr un desarrollo de alta calidad en la industria automotriz.
Tecnología de soldadura láser de carrocerías de automóviles.
Tecnología de soldadura láser de penetración profunda de carrocerías de automóviles.
El principio del proceso de soldadura por penetración profunda con láser (Figura 1) es el siguiente: cuando la densidad de potencia del láser alcanza un cierto nivel, la superficie del material se vaporiza formando un ojo de cerradura.Cuando la presión de vapor del metal en el agujero alcanza un equilibrio dinámico con la presión estática y la tensión superficial del líquido circundante, el láser puede irradiarse hasta el fondo del agujero a través del ojo de la cerradura y, con el movimiento del rayo láser, se puede generar una señal continua. se forma la soldadura.Durante el proceso de soldadura láser de penetración profunda, no es necesario agregar fundente auxiliar ni relleno, y los materiales propios de la pieza de trabajo se pueden soldar entre sí.
HIGO.1 Diagrama esquemático del proceso de soldadura láser de penetración profunda.
La soldadura obtenida mediante soldadura láser de penetración profunda es generalmente suave y recta, y la deformación es pequeña, lo que favorece la mejora de la precisión de fabricación de la carrocería del automóvil.La alta resistencia a la tracción de la soldadura garantiza la calidad de la soldadura de la carrocería del automóvil.La velocidad de soldadura es rápida, lo que favorece la mejora de la eficiencia de la producción de soldadura.
En el proceso de soldadura de carrocerías de automóviles, el uso del proceso de soldadura láser de penetración profunda puede reducir en gran medida la cantidad de piezas, moldes y herramientas de soldadura, reduciendo así el peso de la carrocería y los costos de producción.Sin embargo, el proceso de soldadura por penetración profunda con láser tiene poca tolerancia para el espacio de ensamblaje de las piezas soldadas, y el espacio de ensamblaje debe controlarse entre 0,05 y 2 mm.Si el espacio de montaje es demasiado grande, se producirán defectos de soldadura, como poros.
La investigación actual muestra que se puede obtener una soldadura con buena formación de superficie, menos defectos internos y excelentes propiedades mecánicas optimizando los parámetros del proceso de soldadura láser de penetración profunda en la soldadura del mismo material de la carrocería del automóvil.Las excelentes propiedades mecánicas de la soldadura pueden satisfacer las necesidades de los componentes de soldadura de la carrocería del automóvil.Sin embargo, en la soldadura de carrocerías de automóviles, la tecnología de soldadura láser de penetración profunda de metales diferentes representada por la aleación de aluminio y el acero no está madura.Aunque se pueden obtener costuras de soldadura con excelente rendimiento agregando capas de transición, el mecanismo de influencia de los diferentes materiales de las capas de transición sobre la capa IMC y su mecanismo de acción sobre la microestructura de la soldadura no está claro y se necesita más investigación.
Proceso de soldadura de llenado de alambre láser para carrocería de automóvil
El principio del proceso de soldadura con alambre de relleno por láser es el siguiente: se forma una junta soldada rellenando previamente un alambre de soldadura específico en la soldadura o alimentando el alambre de soldadura simultáneamente durante el proceso de soldadura por láser.Esto equivale a introducir material de alambre de soldadura aproximadamente homogéneo en el baño de soldadura durante la soldadura por penetración profunda con láser.El diagrama esquemático del proceso de soldadura de alambre de relleno por láser se muestra en la Figura 2.
HIGO.2 Diagrama esquemático del proceso de soldadura por llenado de alambre láser.
En comparación con la soldadura láser de penetración profunda, la soldadura de relleno con alambre láser tiene dos ventajas en la soldadura de carrocerías: primero, puede mejorar en gran medida la tolerancia del espacio de ensamblaje entre las partes de la carrocería que se van a soldar y resolver el problema de que la soldadura láser de penetración profunda requiere demasiado espacio libre para las ranuras;En segundo lugar, la distribución del tejido del área de soldadura se puede mejorar utilizando alambres de soldadura con diferentes contenidos de composición, y luego se puede regular el rendimiento de la soldadura.
En el proceso de fabricación de carrocerías de automóviles, el proceso de soldadura por llenado con alambre láser se utiliza principalmente para soldar aleaciones de aluminio y partes de acero de la carrocería.Especialmente en el proceso de soldadura de piezas de aleación de aluminio de la carrocería del automóvil, la tensión superficial del baño fundido es pequeña, lo que es fácil de provocar el colapso del baño fundido, y el proceso de soldadura de llenado con alambre láser puede resolver mejor el problema del colapso del baño fundido. derritiendo el alambre de soldadura.
Tecnología de soldadura láser de carrocerías de automóviles.
El principio del proceso de soldadura fuerte por láser es el siguiente: el láser se utiliza como fuente de calor, el rayo láser se ilumina sobre la superficie del alambre de soldadura después de enfocarse, el alambre de soldadura se funde, el alambre derretido cae y se llena entre los piezas a soldar, y se producen efectos metalúrgicos como fusión y difusión entre el metal de aportación y la pieza de trabajo, de modo que la pieza de trabajo está conectada.A diferencia del proceso de soldadura por llenado de alambre con láser, el proceso de soldadura fuerte con láser solo funde el alambre y no funde la pieza de trabajo a soldar.La soldadura fuerte con láser tiene una buena estabilidad de soldadura, pero la resistencia a la tracción de la soldadura es baja.HIGO.La Figura 3 muestra la aplicación del proceso de soldadura fuerte por láser en la soldadura de la tapa del maletero de un automóvil.
HIGO.3 Aplicación de la soldadura fuerte por láser en automóviles: (a) soldadura por láser del capó trasero;(b) Diagrama esquemático de soldadura fuerte por láser.
En el proceso de soldadura de carrocerías de automóviles, el proceso de soldadura fuerte por láser consiste principalmente en soldar partes de la carrocería con bajos requisitos de resistencia de unión, como la soldadura entre la cubierta superior y la pared lateral de la carrocería, la soldadura entre las partes superior e inferior del maletero. cubierta, etc., Volkswagen, Audi y otros modelos de alta gama de la cubierta superior utilizan un proceso de soldadura láser.
Los principales defectos en la soldadura fuerte por láser de la carrocería de un automóvil incluyen mordeduras de bordes, porosidad, deformación de la soldadura, etc. Los defectos pueden eliminarse obviamente ajustando los parámetros del proceso y utilizando un proceso de soldadura fuerte por láser de enfoque múltiple.
Tecnología de soldadura compuesta por arco láser de carrocerías de automóviles.
El principio del proceso de soldadura compuesta por arco láser es el siguiente: utilizando dos fuentes de calor de láser y arco para actuar sobre la superficie de la pieza a soldar al mismo tiempo, la pieza de trabajo se funde y solidifica para formar una soldadura.La Figura 4 muestra el diagrama esquemático del proceso de soldadura compuesta por arco láser.
HIGO.4 Diagrama esquemático del proceso de soldadura compuesta por arco láser.
La soldadura compuesta por arco láser tiene las ventajas tanto de la soldadura láser como de la soldadura por arco: primero, bajo la acción de fuentes de calor dobles, se mejora la velocidad de soldadura, la entrada de calor es pequeña, la deformación de la soldadura es pequeña y las características de la soldadura láser son mantenidos;En segundo lugar, tiene una mejor capacidad de unión y una mayor tolerancia al espacio de montaje;En tercer lugar, la velocidad de solidificación del baño fundido es lenta, lo que favorece la eliminación de defectos de soldadura, como poros y grietas, y mejora la estructura y el rendimiento de la zona afectada por el calor.Cuarto, debido al efecto del arco, puede soldar materiales con alta reflectividad y alta conductividad térmica, y la gama de materiales de aplicación es más amplia.
En el proceso de fabricación de carrocerías de automóviles, el proceso de soldadura compuesta por arco láser se utiliza principalmente para soldar componentes de aleación de aluminio de la carrocería y metales diferentes de aluminio y acero, y la soldadura se realiza para piezas con grandes espacios de ensamblaje, como la soldadura de piezas de la puerta del automóvil, porque el espacio de ensamblaje favorece el rendimiento del puente de la soldadura compuesta por arco láser.Además, la tecnología de soldadura compuesta por arco láser-MIG también se aplica a la posición del haz lateral superior de la carrocería de Audi.
En el proceso de soldadura de carrocerías de automóviles, la soldadura compuesta por arco láser tiene la ventaja de una mayor tolerancia al espacio que la soldadura con láser único, pero la posición relativa del láser y el arco, los parámetros de soldadura láser, los parámetros del arco y otros factores deben considerarse de manera integral.El comportamiento de transferencia de calor y masa en la soldadura por arco láser es complejo, especialmente el mecanismo de regulación de la energía y la regulación del espesor y la estructura del IMC en la soldadura de materiales diferentes aún no está claro y se necesitan más investigaciones.
Otros procesos de soldadura láser de carrocerías de automóviles
La soldadura láser de penetración profunda, la soldadura láser de relleno de alambre, la soldadura fuerte láser y la soldadura compuesta por arco láser y otros procesos de soldadura han sido una teoría más madura y amplias aplicaciones prácticas.Con la mejora de los requisitos de la industria automotriz para la eficiencia de la soldadura de carrocerías y el aumento de la demanda de soldadura de materiales diferentes en la fabricación de automóviles livianos, se ha prestado atención a la soldadura por puntos láser, la soldadura por oscilación láser, la soldadura por rayos múltiples y la soldadura por vuelo por láser. a.
Proceso de soldadura por puntos láser
La soldadura por puntos láser es una tecnología avanzada de soldadura láser, que tiene las ventajas de una velocidad de soldadura rápida y una alta precisión de soldadura.El principio básico de la soldadura por puntos con láser es enfocar el rayo láser en un punto determinado de la pieza a soldar, de modo que el metal en el punto se derrita instantáneamente, ajustando la densidad del láser para lograr un efecto de soldadura por conducción térmica o soldadura por fusión profunda. , cuando el rayo láser deja de actuar, el metal líquido refluye, solidificándose para formar una junta.
Hay dos formas principales de soldadura por puntos con láser: soldadura por puntos con láser pulsado y soldadura por puntos con láser continuo.La energía máxima del rayo láser de soldadura por puntos con láser pulsado es alta, pero el tiempo de acción es corto, generalmente se usa para soldadura de aleaciones de magnesio, aleaciones de aluminio y otros metales ligeros.La potencia promedio del rayo láser en la soldadura por puntos láser continua es alta, el tiempo de acción del láser es largo y se usa ampliamente en la soldadura de acero.
En términos de soldadura de carrocerías de automóviles, en comparación con la soldadura por puntos de resistencia, la soldadura por puntos con láser tiene las ventajas de no tener contacto, la trayectoria de la soldadura por puntos se puede diseñar de forma independiente, etc., lo que puede cumplir con los requisitos de soldadura de alta calidad bajo diferentes espacios de regazo de Materiales para carrocerías de automóviles.
Proceso de soldadura por oscilación láser
La soldadura por oscilación láser es una nueva tecnología de soldadura láser propuesta en los últimos años y que ha generado una gran preocupación.El principio de esta tecnología es: al integrar un grupo de galvanómetro en el cabezal de soldadura láser, el rayo láser es rápido, ordenado y en un rango pequeño, para lograr el efecto del rayo láser que avanza mientras se agita.
Las principales trayectorias de oscilación en el proceso de soldadura por oscilación láser incluyen oscilación transversal, oscilación longitudinal, oscilación circular y oscilación infinita.El proceso de soldadura por oscilación láser tiene importantes ventajas en la soldadura de carrocerías de automóviles.Bajo la acción de la oscilación del rayo láser, el estado de flujo del baño fundido cambia significativamente.Por lo tanto, el proceso no sólo puede eliminar el defecto no fundido, lograr el refinamiento del grano y suprimir la porosidad en la soldadura del mismo material de carrocería de automóvil.Además, también puede mejorar problemas como la mezcla insuficiente de diferentes materiales y las malas propiedades mecánicas de las soldaduras en la soldadura de materiales heterogéneos de carrocerías de automóviles.
Proceso de soldadura por rayos múltiples
En la actualidad, el láser de fibra óptica se puede dividir en múltiples rayos láser mediante un módulo divisor instalado en el cabezal de soldadura.La soldadura con múltiples haces láser equivale a aplicar múltiples fuentes de calor en el proceso de soldadura, al ajustar la distribución de energía del haz, diferentes haces pueden lograr diferentes funciones, tales como: el haz con mayor densidad de energía es el haz principal, responsable de la profundidad. soldadura de penetración;La menor densidad de energía del rayo puede limpiar y precalentar la superficie del material y aumentar la absorción de la energía del rayo láser por parte del material.
El material de acero galvanizado de alta resistencia se utiliza ampliamente en la carrocería de automóviles.La tecnología de soldadura con rayos múltiples láser puede mejorar el comportamiento de evaporación del vapor de zinc y el comportamiento dinámico del baño fundido en el proceso de soldadura de placas de acero galvanizado, mejorar el problema de la pulverización catódica y mejorar la resistencia a la tracción de la soldadura.
Proceso de soldadura por vuelo láser.
La tecnología de soldadura láser por vuelo es una nueva tecnología de soldadura láser que tiene una alta eficiencia de soldadura y se puede diseñar de forma independiente.El principio básico de la soldadura por vuelo láser es que cuando el rayo láser incide sobre los espejos X e Y del espejo de escaneo, el ángulo del espejo se controla mediante programación independiente para lograr la desviación del rayo láser en cualquier ángulo.
La soldadura láser tradicional de carrocerías de automóviles se basa principalmente en el movimiento sincrónico del cabezal de soldadura láser impulsado por un robot de soldadura para lograr el efecto de soldadura.Sin embargo, la eficiencia de la soldadura de la carrocería de un automóvil está gravemente limitada por el movimiento alternativo repetitivo del robot de soldadura debido a la gran cantidad de soldaduras y su gran longitud.Por el contrario, la soldadura por vuelo por láser solo necesita ajustar el ángulo del espejo para lograr la soldadura dentro de un cierto rango.Por lo tanto, la tecnología de soldadura láser puede mejorar significativamente la eficiencia de la soldadura y tiene amplias perspectivas de aplicación.
Resumen y perspectiva
Con el desarrollo de la industria automotriz, la futura tecnología de soldadura de carrocerías continuará desarrollándose en dos aspectos: proceso de soldadura y tecnología inteligente.
Las carrocerías de automóviles, especialmente las de vehículos de nuevas energías, se están desarrollando hacia el peso ligero.Las aleaciones ligeras, los materiales compuestos y los materiales diferentes se utilizarán más ampliamente en la carrocería de los automóviles, el proceso de soldadura láser convencional es difícil de cumplir con sus requisitos de soldadura, por lo que el proceso de soldadura eficiente y de alta calidad se convertirá en la tendencia de desarrollo futuro.
En los últimos años, los procesos de soldadura láser emergentes, como la soldadura por oscilación láser, la soldadura con rayos múltiples, la soldadura por vuelo por láser, etc., han sido investigaciones teóricas preliminares y exploración de procesos en términos de calidad y eficiencia de la soldadura.En el futuro, es necesario combinar estrechamente el proceso de soldadura láser emergente con materiales livianos y escenas de soldadura de materiales diferentes de la carrocería del automóvil, realizar una investigación en profundidad sobre el diseño de la trayectoria de oscilación del rayo láser y el mecanismo de acción de la energía del rayo láser múltiple. y la mejora de la eficiencia de la soldadura en vuelo, y explorar un proceso maduro de soldadura de carrocerías de automóviles livianos.
La tecnología de soldadura láser de carrocerías de automóviles está profundamente integrada con tecnología inteligente.La percepción en tiempo real del estado de soldadura por láser de la carrocería de un automóvil y el control por retroalimentación de los parámetros del proceso desempeñan un papel decisivo en la calidad de la soldadura.La tecnología de soldadura láser inteligente actual se utiliza principalmente para la planificación y seguimiento de la trayectoria previa a la soldadura y para la inspección de calidad posterior a la soldadura.En el país y en el extranjero, la investigación sobre la detección de defectos de soldadura y el control adaptativo de parámetros aún se encuentra en la etapa inicial, y la tecnología de control adaptativo de parámetros del proceso de soldadura por láser no se ha aplicado en la fabricación de carrocerías de automóviles.
Por lo tanto, en vista de las características de aplicación de la tecnología de soldadura láser en el proceso de soldadura de carrocerías de automóviles, se debe utilizar un sistema de detección inteligente para soldadura láser con multisensores avanzados como núcleo y un sistema de control de robot de soldadura de alta velocidad y precisión. desarrollado en el futuro para garantizar el tiempo real y la precisión de todos los aspectos de la tecnología de soldadura láser inteligente.Abra el enlace de "planificación de trayectoria previa a la soldadura - control adaptativo de parámetros de la calidad de la soldadura, detección en línea después de la soldadura" para garantizar un procesamiento eficiente y de alta calidad.
Hora de publicación: 16 de octubre de 2023