Tám quy trình hàn laser trong sản xuất thân xe ô tô

Giới thiệu

Vì thân xe là nơi chứa đựng các bộ phận khác của xe nên công nghệ sản xuất của nó quyết định trực tiếp đến chất lượng sản xuất tổng thể của xe.Hàn là một quá trình sản xuất quan trọng trong quá trình sản xuất thân xe ô tô.Hiện nay, các công nghệ hàn được sử dụng để hàn thân ô tô chủ yếu bao gồm hàn điểm điện trở, hàn MIG, hàn MAG và hàn laser.

Công nghệ hàn laser là công nghệ hàn tích hợp cơ điện tử tiên tiến, so với công nghệ hàn thân ô tô truyền thống, có ưu điểm là mật độ năng lượng cao, tốc độ hàn nhanh, ứng suất và biến dạng hàn nhỏ, tính linh hoạt tốt.

Cấu trúc của thân ô tô rất phức tạp, các bộ phận của nó chủ yếu là thành mỏng và cong.Việc hàn thân ô tô gặp phải một số khó khăn, chẳng hạn như sự thay đổi về vật liệu thân xe, độ dày khác nhau của các bộ phận thân xe, quỹ đạo hàn đa dạng và hình dạng mối nối.Ngoài ra, hàn thân ô tô có yêu cầu cao về chất lượng mối hàn và hiệu quả hàn.

Dựa trên các thông số quy trình hàn thích hợp, hàn laser có thể đảm bảo độ bền mỏi cao và độ bền va đập của các bộ phận chính của thân xe, từ đó đảm bảo chất lượng hàn và tuổi thọ của thân xe.Công nghệ hàn laser có thể thích ứng với các dạng khớp khác nhau, độ dày khác nhau và các loại vật liệu khác nhau của hàn các bộ phận thân ô tô, để đáp ứng nhu cầu linh hoạt trong sản xuất thân ô tô.Vì vậy, công nghệ hàn laser là một phương tiện kỹ thuật quan trọng để đạt được sự phát triển chất lượng cao của ngành công nghiệp ô tô.

Công nghệ hàn laser thân vỏ ô tô

Công nghệ hàn xuyên sâu Laser thân xe ô tô

Nguyên lý của quá trình hàn xuyên sâu bằng laser (Hình 1) như sau: khi mật độ năng lượng laser đạt đến một mức nhất định, bề mặt vật liệu bốc hơi, tạo thành lỗ khóa.Khi áp suất hơi kim loại trong lỗ đạt đến trạng thái cân bằng động với áp suất tĩnh và sức căng bề mặt của chất lỏng xung quanh, tia laser có thể được chiếu xuống đáy lỗ thông qua lỗ khóa và với sự chuyển động của chùm tia laser, liên tục mối hàn được hình thành.Trong quá trình hàn xuyên sâu bằng laser, không cần thêm chất trợ dung hoặc chất độn, vật liệu riêng của phôi có thể được hàn lại với nhau.

              QUẢ SUNG.1 Sơ đồ quy trình hàn xuyên sâu bằng laser

Mối hàn thu được bằng phương pháp hàn xuyên sâu bằng laser nhìn chung mịn và thẳng, độ biến dạng nhỏ, có lợi cho việc cải thiện độ chính xác chế tạo của thân ô tô.Độ bền kéo cao của mối hàn đảm bảo chất lượng hàn của thân ô tô.Tốc độ hàn nhanh, có lợi cho việc nâng cao hiệu quả sản xuất hàn.

Trong quá trình hàn thân ô tô, việc sử dụng quy trình hàn xuyên sâu bằng laser có thể làm giảm đáng kể số lượng bộ phận, khuôn mẫu và dụng cụ hàn, từ đó giảm trọng lượng thân xe và chi phí sản xuất.Tuy nhiên, quy trình hàn xuyên sâu bằng laser có dung sai kém đối với khe hở lắp ráp của các bộ phận được hàn và khe hở lắp ráp cần được kiểm soát trong khoảng từ 0,05 đến 2 mm.Nếu khe hở lắp ráp quá lớn sẽ xảy ra các khuyết tật hàn như lỗ rỗ.

Nghiên cứu hiện tại cho thấy mối hàn có khả năng tạo bề mặt tốt, ít khuyết tật bên trong và tính chất cơ học tuyệt vời có thể thu được bằng cách tối ưu hóa các thông số quy trình hàn xuyên sâu bằng laser khi hàn cùng một vật liệu thân ô tô.Các tính chất cơ học tuyệt vời của mối hàn có thể đáp ứng nhu cầu hàn các bộ phận của thân ô tô.Tuy nhiên, trong hàn thân ô tô, công nghệ hàn xuyên sâu bằng laser kim loại khác nhau được thể hiện bằng hợp kim nhôm và thép vẫn chưa trưởng thành.Mặc dù có thể thu được các đường hàn có hiệu suất tuyệt vời bằng cách thêm các lớp chuyển tiếp, nhưng cơ chế ảnh hưởng của các vật liệu lớp chuyển tiếp khác nhau lên lớp IMC và cơ chế tác động của chúng lên cấu trúc vi mô mối hàn vẫn chưa rõ ràng và cần nghiên cứu thêm.

Quy trình hàn dây laser thân xe ô tô

Nguyên lý của quy trình hàn dây hàn bằng laser như sau: mối hàn được hình thành bằng cách điền trước một dây hàn cụ thể vào mối hàn hoặc cấp dây hàn đồng thời trong quá trình hàn laser.Điều này tương đương với việc đưa vật liệu dây hàn gần như đồng nhất vào vũng hàn trong quá trình hàn xuyên sâu bằng laser.Sơ đồ nguyên lý của quy trình hàn dây phụ bằng laser được thể hiện trong Hình 2.

QUẢ SUNG.2 Sơ đồ quy trình hàn dây hàn laser

So với hàn xuyên sâu bằng laser, hàn hàn dây laser có hai ưu điểm trong hàn thân ô tô: thứ nhất, nó có thể cải thiện đáng kể khả năng chịu đựng khoảng cách lắp ráp giữa các bộ phận thân ô tô được hàn và giải quyết vấn đề hàn xuyên sâu bằng laser đòi hỏi quá nhiều khe hở rãnh;Thứ hai, sự phân bố mô của khu vực hàn có thể được cải thiện bằng cách sử dụng dây hàn có hàm lượng thành phần khác nhau, từ đó có thể điều chỉnh hiệu suất mối hàn.

Trong quá trình sản xuất thân xe ô tô, quy trình hàn dây laser chủ yếu được sử dụng để hàn các bộ phận hợp kim nhôm và thép của thân xe.Đặc biệt trong quá trình hàn các bộ phận hợp kim nhôm của thân ô tô, sức căng bề mặt của bể nóng chảy nhỏ, dễ dẫn đến sự sụp đổ của bể nóng chảy, và quá trình hàn dây laser có thể giải quyết tốt hơn vấn đề sụp đổ bể nóng chảy bằng cách làm nóng chảy dây hàn.

Công nghệ hàn laser thân vỏ ô tô

Nguyên lý của quá trình hàn laser như sau: tia laser được sử dụng làm nguồn nhiệt, chùm tia laser được chiếu tới bề mặt dây hàn sau khi được hội tụ, dây hàn bị nóng chảy, dây nóng chảy rơi xuống và lấp đầy giữa các bộ phận được hàn và các hiệu ứng luyện kim như nóng chảy và khuếch tán xảy ra giữa kim loại phụ và phôi, để phôi được kết nối.Không giống như quy trình hàn trám dây bằng laser, quy trình hàn bằng laser chỉ làm nóng chảy dây và không làm nóng chảy phôi cần hàn.Hàn laser có độ ổn định hàn tốt, nhưng độ bền kéo của mối hàn thấp.QUẢ SUNG.Hình 3 cho thấy ứng dụng của quy trình hàn laze trong hàn nắp cốp ô tô.

QUẢ SUNG.3 Ứng dụng hàn laze trên ô tô: (a) hàn laze mui xe phía sau;(b) Sơ đồ hàn laze

Trong quá trình hàn thân ô tô, quy trình hàn laser chủ yếu là hàn các bộ phận thân xe có yêu cầu độ bền mối nối thấp, chẳng hạn như hàn giữa nắp trên và thành bên của thân xe, hàn giữa phần trên và phần dưới của thùng xe. nắp, v.v., Volkswagen, Audi và các mẫu xe cao cấp khác có nắp trên đang sử dụng quy trình hàn laze.

Các khuyết tật chính trong đường hàn hàn bằng laser của thân ô tô bao gồm cắn mép, độ xốp, biến dạng mối hàn, v.v. Các khuyết tật này có thể được hạn chế rõ ràng bằng cách điều chỉnh các thông số quy trình và sử dụng quy trình hàn laser đa tiêu điểm.

Công nghệ hàn composite bằng hồ quang laser thân vỏ ô tô

Nguyên lý của quá trình hàn composite hồ quang laser như sau: sử dụng hai nguồn nhiệt laser và hồ quang tác động lên bề mặt phôi cần hàn cùng lúc, phôi được nung chảy và đông cứng lại tạo thành mối hàn.Hình 4 thể hiện sơ đồ nguyên lý của quá trình hàn composite bằng hồ quang laser.

QUẢ SUNG.4 Sơ đồ quy trình hàn composite hồ quang laser

Hàn composite hồ quang laser có ưu điểm của cả hàn laser và hàn hồ quang: thứ nhất, dưới tác dụng của nguồn nhiệt kép, tốc độ hàn được cải thiện, nhiệt lượng đầu vào nhỏ, biến dạng mối hàn nhỏ và đặc tính của hàn laser được duy trì;Thứ hai, nó có khả năng bắc cầu tốt hơn và khả năng chịu đựng khoảng cách lắp ráp lớn hơn;Thứ ba, tốc độ hóa rắn của bể nóng chảy chậm, có lợi cho việc loại bỏ các khuyết tật hàn như lỗ chân lông và vết nứt, đồng thời cải thiện cấu trúc và hiệu suất của vùng chịu ảnh hưởng nhiệt.Thứ tư, do tác dụng của hồ quang, nó có thể hàn các vật liệu có độ phản xạ cao và độ dẫn nhiệt cao, phạm vi ứng dụng của vật liệu rộng hơn.

Trong quá trình sản xuất thân xe ô tô, quy trình hàn composite hồ quang laser chủ yếu là hàn các bộ phận hợp kim nhôm của thân xe và các kim loại khác nhau bằng nhôm-thép, và hàn được thực hiện đối với các bộ phận có khe hở lắp ráp lớn, chẳng hạn như hàn các bộ phận của cửa xe, bởi vì khoảng cách lắp ráp có lợi cho việc phát huy hiệu suất cầu của hàn composite hồ quang laser.Ngoài ra, công nghệ hàn hồ quang laser-MIG cũng được ứng dụng vào vị trí dầm trên cùng của thân xe Audi.

Trong quá trình hàn thân ô tô, hàn composite hồ quang laser có ưu điểm là dung sai khe hở lớn hơn hàn laser đơn, nhưng cần xem xét toàn diện vị trí tương đối của laser và hồ quang, các thông số hàn laser, thông số hồ quang và các yếu tố khác.Hành vi truyền nhiệt và khối lượng trong hàn hồ quang laser rất phức tạp, đặc biệt là cơ chế điều chỉnh năng lượng và điều chỉnh độ dày và cấu trúc IMC trong hàn vật liệu khác nhau vẫn chưa rõ ràng và cần nghiên cứu thêm.

Các quy trình hàn laser thân xe ô tô khác

Hàn xuyên sâu bằng laser, hàn làm đầy dây laser, hàn bằng laser và hàn hỗn hợp hồ quang laser và các quy trình hàn khác đã trở thành lý thuyết trưởng thành hơn và ứng dụng thực tế rộng rãi.Với sự cải thiện các yêu cầu của ngành công nghiệp ô tô về hiệu quả hàn thân xe và sự gia tăng nhu cầu hàn các vật liệu khác nhau trong sản xuất ô tô hạng nhẹ, hàn điểm laser, hàn xoay laser, hàn chùm tia đa laser và hàn bay laser đã được chú ý. ĐẾN.

Quá trình hàn điểm laser 

Hàn điểm laser là công nghệ hàn laser tiên tiến, có ưu điểm là tốc độ hàn nhanh và độ chính xác hàn cao.Nguyên lý cơ bản của hàn điểm bằng laser là tập trung chùm tia laser đến một điểm nhất định trên bộ phận được hàn, sao cho kim loại tại điểm đó bị nóng chảy ngay lập tức, bằng cách điều chỉnh mật độ tia laser để đạt được hiệu ứng hàn dẫn nhiệt hoặc hàn nhiệt hạch sâu. , khi chùm tia laser ngừng hoạt động, kim loại lỏng phản xạ lại, đông đặc lại tạo thành khớp.

Có hai hình thức hàn điểm laser chính: hàn điểm laser xung và hàn điểm laser liên tục.Năng lượng cực đại của chùm tia laser hàn điểm xung là cao, nhưng thời gian tác dụng ngắn, thường được sử dụng để hàn hợp kim magiê, hợp kim nhôm và hàn kim loại nhẹ khác.Công suất trung bình của chùm tia laser trong hàn điểm laser liên tục cao, thời gian tác dụng của tia laser dài và được sử dụng rộng rãi trong hàn thép.

Về hàn thân ô tô, so với hàn điểm điện trở, hàn điểm laser có ưu điểm là không tiếp xúc, quỹ đạo hàn điểm có thể được thiết kế độc lập, v.v., có thể đáp ứng yêu cầu hàn chất lượng cao trong các khoảng trống vòng khác nhau của vật liệu thân ô tô.

Quá trình hàn xoay bằng laser

Hàn xoay bằng laser là một công nghệ hàn laser mới được đề xuất trong những năm gần đây và được nhiều người quan tâm.Nguyên lý của công nghệ này là: bằng cách tích hợp nhóm điện kế trên đầu hàn laser, chùm tia laser di chuyển nhanh chóng, có trật tự và trong phạm vi nhỏ để đạt được hiệu quả chùm tia laser di chuyển về phía trước trong khi khuấy.

Các quỹ đạo xoay chính trong quá trình hàn xoay bằng laser bao gồm xoay ngang, xoay dọc, xoay tròn và xoay vô hạn.Quá trình hàn xoay bằng laser có những ưu điểm đáng kể trong việc hàn thân ô tô.Dưới tác động của chùm tia laser, trạng thái dòng chảy của bể nóng chảy bị thay đổi đáng kể.Do đó, quy trình này không chỉ có thể loại bỏ các khuyết tật không được hợp nhất, đạt được sự sàng lọc hạt và triệt tiêu độ xốp khi hàn cùng một vật liệu thân ô tô.Ngoài ra, nó cũng có thể cải thiện các vấn đề như trộn không đủ các vật liệu khác nhau và tính chất cơ học kém của mối hàn khi hàn các vật liệu không đồng nhất của thân ô tô.

 Quá trình hàn chùm tia đa tia laser

Hiện nay, laser sợi quang có thể được chia thành nhiều chùm tia laser bằng mô-đun bộ chia được lắp đặt trong đầu hàn.Hàn chùm tia đa tia laser tương đương với việc sử dụng nhiều nguồn nhiệt trong quá trình hàn, bằng cách điều chỉnh sự phân bố năng lượng của chùm tia, các chùm tia khác nhau có thể đạt được các chức năng khác nhau, chẳng hạn như: chùm tia có mật độ năng lượng cao hơn là chùm tia chính, chịu trách nhiệm hàn sâu hàn xuyên thấu;Mật độ năng lượng thấp hơn của chùm tia có thể làm sạch và làm nóng trước bề mặt vật liệu, đồng thời tăng khả năng hấp thụ năng lượng chùm tia laser của vật liệu.

Vật liệu thép cường độ cao mạ kẽm được sử dụng rộng rãi trong thân ô tô.Công nghệ hàn chùm tia đa tia laser có thể cải thiện đặc tính bay hơi của hơi kẽm và đặc tính động của bể nóng chảy trong quá trình hàn tấm thép mạ kẽm, cải thiện vấn đề phún xạ và tăng cường độ bền kéo của mối hàn.

 Quá trình hàn bay laser

Công nghệ hàn bay laser là công nghệ hàn laser mới, có hiệu suất hàn cao và có thể được thiết kế độc lập.Nguyên lý cơ bản của hàn bay bằng laser là khi chùm tia laser chiếu tới gương X và Y của gương quét, Góc của gương được điều khiển bằng lập trình độc lập để đạt được độ lệch của chùm tia laser ở bất kỳ Góc nào.

Hàn laser truyền thống trên thân ô tô chủ yếu dựa vào chuyển động đồng bộ của đầu hàn laser được điều khiển bởi robot hàn để đạt được hiệu quả hàn.Tuy nhiên, hiệu quả hàn thân ô tô bị hạn chế nghiêm trọng do chuyển động tịnh tiến lặp đi lặp lại của robot hàn do số lượng mối hàn lớn và chiều dài mối hàn dài.Ngược lại, hàn bay bằng laser chỉ cần điều chỉnh Góc của gương để đạt được mối hàn trong một phạm vi nhất định.Do đó, công nghệ hàn bay bằng laser có thể cải thiện đáng kể hiệu quả hàn và có triển vọng ứng dụng rộng rãi.

Tóm tắt và triển vọng

Với sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô, công nghệ hàn thân xe trong tương lai sẽ tiếp tục phát triển ở hai khía cạnh: quy trình hàn và công nghệ thông minh.

Thân xe ô tô, đặc biệt là thân xe sử dụng năng lượng mới, đang phát triển theo hướng nhẹ.Hợp kim nhẹ, vật liệu composite và các vật liệu khác nhau sẽ được sử dụng rộng rãi hơn trong thân ô tô, quy trình hàn laser thông thường khó đáp ứng yêu cầu hàn nên quy trình hàn chất lượng cao và hiệu quả sẽ trở thành xu hướng phát triển trong tương lai.

Trong những năm gần đây, các quy trình hàn laser mới nổi, như hàn xoay laser, hàn chùm tia đa laser, hàn bay laser, v.v., đã được nghiên cứu lý thuyết sơ bộ và thăm dò quy trình về chất lượng hàn và hiệu quả hàn.Trong tương lai, cần kết hợp chặt chẽ quy trình hàn laser mới nổi với các cảnh hàn vật liệu nhẹ và vật liệu khác nhau trên thân ô tô, nghiên cứu chuyên sâu về thiết kế quỹ đạo dao động của chùm tia laser, cơ chế hoạt động của năng lượng chùm tia đa laser. và cải thiện hiệu quả hàn chuyến bay, đồng thời khám phá quy trình hàn thân ô tô hạng nhẹ trưởng thành.

Công nghệ hàn laser thân xe ô tô được tích hợp sâu với công nghệ thông minh.Nhận thức thời gian thực về trạng thái hàn laser của thân ô tô và kiểm soát phản hồi của các thông số quy trình đóng vai trò quyết định đến chất lượng hàn.Công nghệ hàn laser thông minh hiện nay chủ yếu được sử dụng để lập kế hoạch và theo dõi quỹ đạo hàn trước cũng như kiểm tra chất lượng sau hàn.Trong và ngoài nước, nghiên cứu về phát hiện khuyết tật hàn và điều khiển thích ứng tham số vẫn đang ở giai đoạn đầu và công nghệ điều khiển thích ứng tham số quy trình hàn laser chưa được áp dụng trong sản xuất thân xe ô tô.

Do đó, xét đến đặc điểm ứng dụng của công nghệ hàn laser trong quá trình hàn thân ô tô, cần phải có một hệ thống cảm biến thông minh để hàn laser với đa cảm biến tiên tiến làm lõi và hệ thống điều khiển robot hàn tốc độ cao, độ chính xác cao. được phát triển trong tương lai để đảm bảo tính chính xác và thời gian thực của mọi khía cạnh của công nghệ hàn laser thông minh.Mở liên kết “lập kế hoạch quỹ đạo trước khi hàn – điều khiển thích ứng tham số để phát hiện trực tuyến chất lượng hàn sau khi hàn” để đảm bảo xử lý hiệu quả và chất lượng cao.