هشت فرآیند جوشکاری لیزری در ساخت بدنه خودرو

معرفی

از آنجایی که بدنه خودرو حامل سایر قسمت‌های خودرو است، فناوری ساخت آن مستقیماً کیفیت کلی ساخت خودرو را تعیین می‌کند.جوشکاری یک فرآیند تولید مهم در فرآیند ساخت بدنه خودرو است.در حال حاضر، فناوری های جوشکاری مورد استفاده برای جوشکاری بدنه خودرو عمدتاً شامل جوشکاری نقطه ای مقاومتی، جوشکاری MIG، جوشکاری MAG و جوشکاری لیزری است.

فناوری جوش لیزری به عنوان یک فناوری جوشکاری اپتوالکترومکانیکی پیشرفته، در مقایسه با فناوری جوشکاری بدنه خودرو سنتی، دارای مزایای چگالی انرژی بالا، سرعت جوش سریع، تنش و تغییر شکل جوش کوچک و انعطاف پذیری خوب است.

ساختار بدنه خودرو پیچیده است و اجزای آن عمدتاً جداره نازک و منحنی هستند.جوشکاری بدنه خودرو با مشکلاتی از جمله تغییر در مواد بدنه، ضخامت متفاوت اجزای بدنه، مسیرهای متنوع جوشکاری و اشکال اتصالات مواجه است.علاوه بر این، جوشکاری بدنه خودرو الزامات بالایی در کیفیت جوش و کارایی جوش دارد.

بر اساس پارامترهای فرآیند جوشکاری مناسب، جوش لیزری می تواند از استحکام خستگی بالا و چقرمگی ضربه اجزای کلیدی بدنه خودرو اطمینان حاصل کند تا از کیفیت جوش و عمر مفید بدنه خودرو اطمینان حاصل شود.فناوری جوش لیزری می تواند با اشکال مختلف اتصال، ضخامت های مختلف و انواع مواد مختلف جوشکاری قطعات بدنه خودرو سازگار شود تا نیازهای انعطاف پذیر تولید بدنه خودرو را برآورده کند.بنابراین، فناوری جوش لیزری یک ابزار فنی مهم برای دستیابی به توسعه با کیفیت بالا در صنعت خودرو است.

تکنولوژی جوشکاری لیزری بدنه خودرو

تکنولوژی جوشکاری با نفوذ عمیق لیزری بدنه خودرو

اصل فرآیند جوشکاری با نفوذ عمیق لیزر (شکل 1) به شرح زیر است: هنگامی که چگالی توان لیزر به سطح معینی می رسد، سطح ماده تبخیر می شود و سوراخ کلید را تشکیل می دهد.هنگامی که فشار بخار فلز در سوراخ با فشار استاتیک و کشش سطحی مایع اطراف به تعادل دینامیکی می رسد، لیزر را می توان از طریق سوراخ کلید به پایین سوراخ تابش کرد و با حرکت پرتو لیزر، یک پیوسته ایجاد می شود. جوش تشکیل می شود.در طول فرآیند جوشکاری با نفوذ عمیق لیزر، نیازی به افزودن شار یا پرکننده کمکی نیست و می توان مواد خود قطعه کار را به هم جوش داد.

              شکل.1 نمودار شماتیک فرآیند جوشکاری با نفوذ عمیق لیزر

جوش حاصل از جوشکاری با نفوذ عمیق لیزر به طور کلی صاف و مستقیم است و تغییر شکل کوچک است که منجر به بهبود دقت ساخت بدنه خودرو می شود.استحکام کششی بالای جوش، کیفیت جوش بدنه خودرو را تضمین می کند.سرعت جوشکاری سریع است که منجر به بهبود راندمان تولید جوش می شود.

در فرآیند جوشکاری بدنه خودرو، استفاده از فرآیند جوشکاری با نفوذ عمیق لیزری می تواند تعداد قطعات، قالب ها و ابزار جوشکاری را تا حد زیادی کاهش دهد و در نتیجه وزن بدنه و هزینه های تولید را کاهش دهد.با این حال، فرآیند جوشکاری با نفوذ عمیق لیزر تحمل ضعیفی برای شکاف مونتاژ قطعات جوش داده شده دارد و فاصله مونتاژ باید بین 0.05 تا 2 میلی متر کنترل شود.اگر شکاف مونتاژ بیش از حد بزرگ باشد، عیوب جوش مانند منافذ ایجاد می شود.

تحقیق حاضر نشان می‌دهد که جوشی با شکل‌دهی سطح خوب، عیوب داخلی کمتر و خواص مکانیکی عالی را می‌توان با بهینه‌سازی پارامترهای فرآیند جوشکاری با نفوذ عمیق لیزر در جوشکاری مواد مشابه بدنه خودرو به‌دست آورد.خواص مکانیکی عالی جوش می تواند نیازهای اجزای جوش بدنه خودرو را برآورده کند.با این حال، در جوشکاری بدنه خودرو، فناوری جوشکاری با نفوذ عمیق لیزری فلزی متفاوت که توسط آلیاژ آلومینیوم و فولاد نشان داده شده است بالغ نیست.اگرچه درزهای جوشکاری با عملکرد عالی را می توان با افزودن لایه های انتقال به دست آورد، مکانیسم تاثیر مواد لایه گذار مختلف بر روی لایه IMC و مکانیسم عمل آنها بر ریزساختار جوش مشخص نیست و تحقیقات بیشتری مورد نیاز است.

فرآیند جوشکاری سیم لیزری بدنه خودرو

اصل فرآیند جوشکاری سیم پرکننده لیزری به شرح زیر است: یک اتصال جوشی با پیش پر کردن یک سیم جوش خاص در جوش یا تغذیه همزمان سیم جوش در طول فرآیند جوش لیزری تشکیل می شود.این معادل وارد کردن مواد سیم جوش تقریباً همگن در حوضچه جوش در طول جوشکاری با نفوذ عمیق لیزر است.نمودار شماتیک فرآیند جوشکاری سیم پرکننده لیزری در شکل 2 نشان داده شده است.

شکل.2 نمودار شماتیک فرآیند جوشکاری پر کردن سیم لیزری

در مقایسه با جوشکاری با نفوذ عمیق لیزری، جوش پر کردن سیم لیزری دو مزیت در جوشکاری بدنه خودکار دارد: اول اینکه می‌تواند تحمل شکاف مونتاژ بین قطعات بدنه خودرو را که قرار است جوش داده شود تا حد زیادی بهبود بخشد و مشکل جوشکاری با نفوذ عمیق لیزر را حل کند. به فاصله بیش از حد شیار نیاز دارد.دوم، توزیع بافت ناحیه جوش را می توان با استفاده از سیم های جوش با محتویات ترکیبی مختلف بهبود بخشید و سپس عملکرد جوش را تنظیم کرد.

در فرآیند ساخت بدنه خودرو، فرآیند جوشکاری پرکننده سیم لیزری عمدتاً برای جوشکاری آلیاژ آلومینیوم و قطعات فولادی بدنه استفاده می شود.به خصوص در فرآیند جوشکاری قطعات آلیاژ آلومینیوم بدنه خودرو، کشش سطحی استخر مذاب کوچک است که به راحتی منجر به فروپاشی حوضچه مذاب می شود و فرآیند جوشکاری پر کردن سیم لیزری می تواند مشکل فروپاشی استخر مذاب را بهتر حل کند. با ذوب سیم جوش

تکنولوژی لحیم کاری لیزری بدنه خودرو

اصل فرآیند لحیم کاری لیزری به شرح زیر است: از لیزر به عنوان منبع گرما استفاده می شود، پرتو لیزر پس از متمرکز شدن به سطح سیم جوش روشن می شود، سیم جوش ذوب می شود، سیم ذوب شده سقوط می کند و بین سیم جوش پر می شود. قطعاتی که قرار است جوش داده شوند و اثرات متالورژیکی مانند ذوب و انتشار بین فلز پرکننده و قطعه کار رخ می دهد، به طوری که قطعه کار به هم متصل می شود.بر خلاف فرآیند جوشکاری پر کردن سیم لیزری، فرآیند لحیم کاری لیزری فقط سیم را ذوب می کند و قطعه کار را که قرار است جوش داده شود ذوب نمی کند.لحیم کاری لیزری پایداری جوش خوبی دارد، اما استحکام کششی جوش کم است.شکل.شکل 3 کاربرد فرآیند لحیم کاری لیزری را در جوشکاری درب صندوق عقب خودرو نشان می دهد.

شکل.3 کاربرد لحیم کاری لیزری در خودرو: (الف) جوشکاری لیزری کاپوت عقب.(ب) نمودار شماتیک لحیم کاری لیزری

در فرآیند جوشکاری بدنه خودرو، فرآیند لحیم کاری لیزری عمدتاً جوش دادن قطعات بدنه با نیاز به استحکام مفصل کم است، مانند جوش بین پوشش بالایی و دیواره جانبی بدنه، جوش بین قسمت‌های بالایی و پایینی تنه. پوشش و غیره، فولکس واگن، آئودی و سایر مدل های سطح بالا از پوشش بالایی از فرآیند لحیم کاری لیزری استفاده می کنند.

عیوب اصلی در درز جوشکاری لحیم کاری لیزری بدنه خودرو شامل گزش لبه، تخلخل، تغییر شکل جوش و غیره است. عیوب را می توان با تنظیم پارامترهای فرآیند و استفاده از فرآیند لحیم کاری لیزری چند کانونی به وضوح برطرف کرد.

تکنولوژی جوشکاری کامپوزیت قوس لیزری بدنه خودرو

اصل فرآیند جوشکاری کامپوزیت قوس لیزری به این صورت است: با استفاده از دو منبع حرارتی لیزر و قوس برای عمل همزمان روی سطح قطعه کار که قرار است جوش داده شود، قطعه کار ذوب شده و جامد می شود تا یک جوش ایجاد شود.شکل 4 نمودار شماتیک فرآیند جوشکاری کامپوزیت قوس لیزری را نشان می دهد.

شکل.4 نمودار شماتیک فرآیند جوشکاری کامپوزیت قوس لیزری

جوشکاری کامپوزیت قوس لیزری دارای مزایای جوشکاری لیزری و جوشکاری قوس الکتریکی است: ابتدا تحت تأثیر منابع حرارتی مضاعف، سرعت جوش بهبود می‌یابد، حرارت ورودی کم است، تغییر شکل جوش کوچک است و ویژگی‌های جوش لیزری حفظ می شوند؛دوم، توانایی پل زدن بهتر و تحمل بیشتر شکاف مونتاژ را دارد.سوم، سرعت انجماد حوضچه مذاب آهسته است، که منجر به از بین بردن عیوب جوشکاری مانند منافذ و ترک ها و بهبود ساختار و عملکرد منطقه تحت تأثیر حرارت می شود.چهارم، با توجه به اثر قوس، می تواند مواد با بازتاب بالا و رسانایی حرارتی بالا را جوش دهد و دامنه کاربرد مواد گسترده تر است.

در فرآیند ساخت بدنه خودرو، فرآیند جوشکاری کامپوزیت قوس لیزری عمدتاً برای جوش دادن اجزای آلیاژ آلومینیوم بدنه و فلزات آلومینیوم-فولاد غیرمشابه است و جوشکاری برای قطعاتی با شکاف‌های مونتاژ بزرگ، مانند جوشکاری قطعات انجام می‌شود. درب ماشین، زیرا شکاف مونتاژ برای بازی عملکرد پل جوشکاری کامپوزیت قوس لیزری مساعد است.علاوه بر این، فناوری جوشکاری کامپوزیت قوس لیزری MIG نیز در موقعیت پرتو بالای جانبی بدنه آئودی اعمال می شود.

در فرآیند جوشکاری بدنه خودرو، جوشکاری کامپوزیت قوس لیزری از مزیت تحمل شکاف بیشتری نسبت به جوشکاری تک لیزری برخوردار است، اما موقعیت نسبی لیزر و قوس، پارامترهای جوش لیزری، پارامترهای قوس الکتریکی و سایر عوامل باید به طور جامع در نظر گرفته شود.رفتار انتقال گرما و جرم در جوشکاری قوس لیزری پیچیده است، به خصوص مکانیسم تنظیم انرژی و تنظیم ضخامت و ساختار IMC در جوشکاری مواد غیرمشابه هنوز نامشخص است و تحقیقات بیشتری مورد نیاز است.

سایر فرآیندهای جوشکاری لیزر بدنه خودرو

جوشکاری با نفوذ عمیق لیزری، جوشکاری پرکننده سیم لیزری، لحیم کاری لیزری و جوشکاری کامپوزیت قوس لیزری و سایر فرآیندهای جوشکاری تئوری بالغ‌تر و کاربردهای عملی گسترده‌تر بوده است.با بهبود الزامات صنعت خودرو برای کارایی جوشکاری بدنه و افزایش تقاضا برای جوشکاری مواد غیرمشابه در خودروسازی سبک، جوشکاری نقطه ای لیزری، جوشکاری نوسانی لیزری، جوشکاری با پرتو چند لیزری و جوشکاری لیزری مورد توجه قرار گرفته است. به.

فرآیند جوشکاری نقطه ای لیزری 

جوش نقطه ای لیزری یک فناوری جوشکاری لیزری پیشرفته است که از مزایای سرعت جوشکاری سریع و دقت جوشکاری بالا برخوردار است.اصل اساسی جوشکاری نقطه ای لیزری متمرکز کردن پرتو لیزر به نقطه خاصی روی قسمتی است که قرار است جوش داده شود، به طوری که فلز در نقطه فورا ذوب شود، با تنظیم چگالی لیزر برای دستیابی به جوشکاری رسانش حرارتی یا جوشکاری فیوژن عمیق. هنگامی که پرتو لیزر از عمل باز می‌ماند، فلز مایع دوباره جریان می‌یابد تا یک اتصال را تشکیل دهد.

دو شکل اصلی جوش نقطه ای لیزری وجود دارد: جوش نقطه ای لیزری پالسی و جوش نقطه ای لیزری پیوسته.اوج انرژی پرتو لیزر جوشکاری نقطه ای لیزری پالسی بالا است، اما زمان عمل کوتاه است، به طور کلی برای جوشکاری آلیاژ منیزیم، آلیاژ آلومینیوم و سایر فلزات سبک استفاده می شود.متوسط ​​توان پرتو لیزر در جوشکاری نقطه ای لیزری پیوسته زیاد است، زمان عمل لیزر طولانی است و در جوشکاری فولاد کاربرد زیادی دارد.

از نظر جوشکاری بدنه خودرو، در مقایسه با جوش نقطه ای مقاومتی، جوش نقطه ای لیزری دارای مزایای غیر تماسی است، مسیر جوش نقطه ای را می توان به طور مستقل طراحی کرد و غیره، که می تواند الزامات جوشکاری با کیفیت بالا را در زیر شکاف های مختلف لبه برآورده کند. مواد بدنه خودرو

فرآیند جوشکاری نوسان لیزری

جوشکاری نوسانی لیزری یک فناوری جدید جوشکاری لیزری است که در سال های اخیر پیشنهاد شده است که به طور گسترده مورد توجه قرار گرفته است.اصل این فناوری به این صورت است: با ادغام یک گروه گالوانومتر بر روی سر جوش لیزری، پرتو لیزر سریع، منظم و در محدوده کوچکی قرار می‌گیرد تا اثر حرکت پرتو لیزر به سمت جلو در حین هم زدن به دست آید.

مسیرهای اصلی نوسان در فرآیند جوشکاری نوسان لیزری شامل نوسان عرضی، نوسان طولی، نوسان دایره ای و نوسان بی نهایت می باشد.فرآیند جوشکاری نوسان لیزری مزایای قابل توجهی در جوشکاری بدنه خودرو دارد.تحت عمل نوسان پرتو لیزر، وضعیت جریان حوضچه مذاب به طور قابل توجهی تغییر می کند.بنابراین، این فرآیند نه تنها می تواند نقص ذوب نشده را از بین ببرد، به پالایش دانه دست یابد و تخلخل در جوشکاری همان مواد بدنه خودرو را سرکوب کند.علاوه بر این، می تواند مشکلاتی مانند اختلاط ناکافی مواد مختلف و خواص مکانیکی ضعیف جوش ها در جوشکاری مواد ناهمگن بدنه خودرو را نیز بهبود بخشد.

 فرآیند جوشکاری پرتو چند لیزری

در حال حاضر، لیزر فیبر نوری را می توان توسط یک ماژول شکاف نصب شده در سر جوش به چندین پرتو لیزر تقسیم کرد.جوشکاری پرتو چند لیزری معادل استفاده از چندین منبع حرارتی در فرآیند جوشکاری است، با تنظیم توزیع انرژی پرتو، پرتوهای مختلف می توانند به عملکردهای مختلفی دست یابند، مانند: پرتو با چگالی انرژی بالاتر، پرتو اصلی است، که مسئول عمق است. جوشکاری نفوذی؛چگالی انرژی کمتر پرتو می تواند سطح مواد را تمیز و پیش گرم کند و جذب انرژی پرتو لیزر توسط مواد را افزایش دهد.

مواد فولادی با استحکام بالا گالوانیزه به طور گسترده در بدنه خودرو استفاده می شود.تکنولوژی جوشکاری پرتو چند لیزری می تواند رفتار تبخیر بخار روی و رفتار دینامیکی حوضچه مذاب را در فرآیند جوشکاری صفحه فولادی گالوانیزه بهبود بخشد، مشکل کندوپاش را بهبود بخشد و استحکام کششی جوش را افزایش دهد.

 فرآیند جوشکاری لیزری

فناوری جوشکاری لیزری یک فناوری جدید جوشکاری لیزری است که بازده جوش بالایی دارد و می‌توان آن را به طور مستقل طراحی کرد.اصل اساسی جوشکاری پرتاب لیزر این است که وقتی پرتو لیزر بر روی آینه‌های X و Y آینه اسکن می‌خورد، زاویه آینه با برنامه‌ریزی مستقل کنترل می‌شود تا به انحراف پرتو لیزر در هر زاویه‌ای دست یابد.

جوشکاری لیزری سنتی بدنه خودرو عمدتاً به حرکت همزمان سر جوش لیزری که توسط ربات جوشکاری هدایت می شود برای دستیابی به اثر جوش متکی است.با این حال، راندمان جوش بدنه خودرو به دلیل حرکت رفت و برگشتی مکرر ربات جوشکاری به دلیل تعداد زیاد جوش و طول زیاد جوش، به شدت محدود شده است.در مقابل، جوشکاری لیزری فقط نیاز به تنظیم زاویه آینه برای دستیابی به جوشکاری در محدوده خاصی دارد.بنابراین، فناوری جوشکاری لیزری می تواند به طور قابل توجهی کارایی جوش را بهبود بخشد و چشم انداز کاربرد گسترده ای دارد.

خلاصه و چشم انداز

با توسعه صنعت خودرو، فناوری جوش بدنه آینده از دو جنبه به توسعه خود ادامه خواهد داد: فرآیند جوشکاری و فناوری هوشمند.

بدنه خودرو، به ویژه بدنه خودرو انرژی جدید، در جهت سبک وزن در حال توسعه است.آلیاژهای سبک وزن، مواد کامپوزیت و مواد غیر مشابه به طور گسترده در بدنه خودرو مورد استفاده قرار خواهند گرفت، فرآیند جوشکاری لیزری معمولی برای برآوردن نیازهای جوشکاری آن دشوار است، 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 با پرتو چند لیزری، جوشکاری لیزری پرواز و غیره، تحقیقات نظری اولیه و اکتشاف فرآیند از نظر کیفیت جوش و کارایی جوش بوده‌اند.در آینده، لازم است فرآیند جوشکاری لیزر در حال ظهور را با مواد سبک وزن و صحنه‌های جوشکاری مواد غیرمشابه بدنه خودرو ترکیب کنیم، تحقیقات عمیقی در مورد طراحی مسیر نوسان پرتو لیزر، مکانیسم عمل انرژی پرتو چند لیزری انجام دهیم. و بهبود راندمان جوشکاری پروازی و کشف فرآیند جوشکاری بدنه خودرو سبک وزن بالغ.

فناوری جوش لیزری بدنه خودرو عمیقاً با فناوری هوشمند ادغام شده است.درک بلادرنگ وضعیت جوش لیزری بدنه خودرو و کنترل بازخورد پارامترهای فرآیند نقش تعیین کننده ای در کیفیت جوش دارد.تکنولوژی جوش لیزری هوشمند فعلی بیشتر برای برنامه ریزی مسیر قبل از جوشکاری و ردیابی و بازرسی کیفیت پس از جوشکاری استفاده می شود.در داخل و خارج از کشور، تحقیق در مورد تشخیص عیب جوشکاری و کنترل تطبیقی ​​پارامتر هنوز در مرحله اولیه است و فناوری کنترل تطبیقی ​​پارامتر فرآیند جوشکاری لیزری در ساخت بدنه خودرو استفاده نشده است.

بنابراین، با توجه به ویژگی های کاربردی فناوری جوش لیزری در فرآیند جوشکاری بدنه خودرو، باید یک سیستم سنجش هوشمند برای جوشکاری لیزری با چند حسگر پیشرفته به عنوان هسته و یک سیستم کنترل ربات جوشکاری با سرعت و دقت بالا ایجاد شود. توسعه یافته در آینده برای اطمینان از زمان واقعی و دقت تمام جنبه های فناوری جوش لیزری هوشمند.پیوند "برنامه ریزی مسیر قبل از جوشکاری - کنترل تطبیقی ​​پارامتر تشخیص آنلاین کیفیت جوش پس از جوش" را باز کنید تا از پردازش با کیفیت و کارآمد اطمینان حاصل کنید.