Delapan proses pengelasan laser dalam pembuatan bodi mobil

Perkenalan

Karena bodi kendaraan merupakan pembawa bagian lain dari kendaraan, teknologi manufakturnya secara langsung menentukan kualitas produksi kendaraan secara keseluruhan.Pengelasan merupakan proses produksi yang penting dalam proses pembuatan bodi mobil.Saat ini, teknologi pengelasan yang digunakan untuk pengelasan bodi otomotif terutama mencakup pengelasan titik resistansi, pengelasan MIG, pengelasan MAG, dan pengelasan laser.

Teknologi pengelasan laser sebagai teknologi pengelasan integrasi optoelektromekanis yang canggih, dibandingkan dengan teknologi pengelasan bodi mobil tradisional, memiliki keunggulan kepadatan energi yang tinggi, kecepatan pengelasan yang cepat, tegangan dan deformasi pengelasan yang kecil, serta fleksibilitas yang baik.

Struktur bodi mobil sangat rumit, dan komponen-komponennya sebagian besar berdinding tipis dan melengkung.Pengelasan bodi mobil menghadapi beberapa kesulitan, seperti perubahan material bodi, ketebalan bagian bodi yang berbeda, lintasan pengelasan yang beragam, dan bentuk sambungan.Selain itu, pengelasan bodi mobil memiliki persyaratan tinggi pada kualitas pengelasan dan efisiensi pengelasan.

Berdasarkan parameter proses pengelasan yang sesuai, pengelasan laser dapat memastikan kekuatan lelah yang tinggi dan ketangguhan benturan pada komponen utama bodi mobil, sehingga menjamin kualitas pengelasan dan masa pakai bodi mobil.Teknologi pengelasan laser dapat beradaptasi dengan bentuk sambungan yang berbeda, ketebalan yang berbeda, dan jenis bahan pengelasan bagian bodi mobil yang berbeda, untuk memenuhi kebutuhan fleksibel pembuatan bodi mobil.Oleh karena itu, teknologi pengelasan laser merupakan sarana teknis yang penting untuk mencapai perkembangan industri otomotif yang berkualitas tinggi.

Teknologi pengelasan laser pada bodi mobil

Teknologi pengelasan penetrasi dalam laser pada bodi mobil

Prinsip proses pengelasan penetrasi dalam laser (Gambar 1) adalah sebagai berikut: ketika kepadatan daya laser mencapai tingkat tertentu, permukaan material akan menguap, membentuk lubang kunci.Ketika tekanan uap logam di dalam lubang mencapai keseimbangan dinamis dengan tekanan statis dan tegangan permukaan cairan di sekitarnya, laser dapat disinari ke dasar lubang melalui lubang kunci, dan dengan pergerakan sinar laser, terus menerus las terbentuk.Selama proses pengelasan penetrasi dalam laser, tidak perlu menambahkan fluks atau pengisi tambahan, dan bahan benda kerja itu sendiri dapat dilas menjadi satu.

              ARA.1 Diagram skema proses pengelasan laser penetrasi dalam

Lasan yang diperoleh dengan pengelasan penetrasi dalam laser umumnya halus dan lurus, dan deformasinya kecil, sehingga kondusif untuk meningkatkan akurasi pembuatan bodi mobil.Kekuatan tarik las yang tinggi menjamin kualitas pengelasan bodi mobil.Kecepatan pengelasannya cepat, yang kondusif untuk meningkatkan efisiensi produksi pengelasan.

Dalam proses pengelasan bodi mobil, penggunaan proses pengelasan laser penetrasi dalam dapat sangat mengurangi jumlah suku cadang, cetakan, dan alat las, sehingga mengurangi bobot bodi dan biaya produksi.Namun, proses pengelasan penetrasi dalam laser memiliki toleransi yang buruk terhadap celah perakitan bagian yang dilas, dan celah perakitan perlu dikontrol antara 0,05 dan 2 mm.Jika celah perakitan terlalu besar, akan terjadi cacat pengelasan seperti pori-pori.

Penelitian saat ini menunjukkan bahwa pengelasan dengan pembentukan permukaan yang baik, cacat internal yang lebih sedikit, dan sifat mekanik yang sangat baik dapat diperoleh dengan mengoptimalkan parameter proses pengelasan penetrasi dalam laser dalam pengelasan bahan yang sama pada bodi mobil.Sifat mekanik las yang sangat baik dapat memenuhi kebutuhan komponen pengelasan bodi mobil.Namun, dalam pengelasan bodi mobil, teknologi pengelasan penetrasi dalam laser logam berbeda yang diwakili oleh paduan aluminium dan baja belum matang.Meskipun lapisan las dengan kinerja luar biasa dapat diperoleh dengan menambahkan lapisan transisi, mekanisme pengaruh bahan lapisan transisi yang berbeda pada lapisan IMC dan mekanisme kerjanya pada struktur mikro las masih belum jelas, dan diperlukan penelitian lebih lanjut.

Proses pengelasan pengisian kawat laser bodi mobil

Prinsip proses pengelasan kawat pengisi laser adalah sebagai berikut: sambungan las dibentuk dengan mengisi terlebih dahulu kawat las tertentu ke dalam lasan atau mengumpankan kawat las secara bersamaan selama proses pengelasan laser.Hal ini setara dengan memasukkan material kawat las yang kira-kira homogen ke dalam kolam las selama pengelasan penetrasi dalam laser.Diagram skema proses pengelasan kawat pengisi laser ditunjukkan pada Gambar 2.

ARA.2 Diagram skema proses pengelasan pengisian kawat laser

Dibandingkan dengan pengelasan penetrasi dalam laser, pengelasan pengisian kawat laser memiliki dua keunggulan dalam pengelasan bodi mobil: pertama, dapat sangat meningkatkan toleransi celah perakitan antara bagian bodi mobil yang akan dilas, dan memecahkan masalah pengelasan penetrasi dalam laser. membutuhkan terlalu banyak jarak alur;Kedua, distribusi jaringan pada area las dapat ditingkatkan dengan menggunakan kabel las dengan kandungan komposisi berbeda, sehingga kinerja las dapat diatur.

Dalam proses pembuatan bodi mobil, proses pengelasan pengisian kawat laser terutama digunakan untuk mengelas paduan aluminium dan bagian bodi baja.Terutama dalam proses pengelasan bagian paduan aluminium pada bodi mobil, tegangan permukaan kolam cair kecil, yang mudah menyebabkan runtuhnya kolam cair, dan proses pengelasan pengisian kawat laser dapat mengatasi masalah keruntuhan kolam cair dengan lebih baik. dengan melelehkan kawat las.

Teknologi mematri laser pada bodi mobil

Prinsip proses laser brazing adalah sebagai berikut: laser digunakan sebagai sumber panas, sinar laser disinari ke permukaan kawat las setelah difokuskan, kawat las dilebur, kawat yang meleleh turun dan diisi di antara bagian yang akan dilas, dan terjadi efek metalurgi seperti peleburan dan difusi antara logam pengisi dengan benda kerja, sehingga benda kerja tersebut tersambung.Berbeda dengan proses pengelasan pengisian kawat laser, proses laser brazing hanya melelehkan kawat saja dan tidak melelehkan benda kerja yang akan dilas.Pematrian laser memiliki stabilitas pengelasan yang baik, tetapi kekuatan tarik lasnya rendah.ARA.Gambar 3 menunjukkan penerapan proses mematri laser dalam pengelasan tutup bagasi mobil.

ARA.3 Penerapan laser mematri pada mobil: (a) pengelasan laser pada kap belakang;(b) Diagram skema pematrian laser

Dalam proses pengelasan bodi mobil, proses pematrian laser terutama mengelas bagian bodi yang persyaratan kekuatan sambungannya rendah, seperti pengelasan antara penutup atas dan dinding samping bodi, pengelasan antara bagian atas dan bawah bagasi. penutup, dll., Volkswagen, Audi dan model penutup atas kelas atas lainnya menggunakan proses mematri laser.

Cacat utama pada lapisan las mematri laser pada bodi mobil meliputi tepi tergigit, porositas, deformasi las, dll. Cacat tersebut jelas dapat ditekan dengan menyesuaikan parameter proses dan menggunakan proses pematrian laser multi-fokus.

Teknologi pengelasan komposit busur laser pada bodi mobil

Prinsip proses pengelasan komposit busur laser adalah sebagai berikut: menggunakan dua sumber panas yaitu laser dan busur yang bekerja pada permukaan benda kerja yang akan dilas pada saat yang bersamaan, benda kerja tersebut dicairkan dan dipadatkan hingga membentuk lasan.Gambar 4 menunjukkan diagram skema proses pengelasan komposit busur laser.

ARA.4 Diagram skema proses pengelasan komposit busur laser

Pengelasan komposit busur laser memiliki keunggulan dari pengelasan laser dan pengelasan busur: pertama, di bawah aksi sumber panas ganda, kecepatan pengelasan ditingkatkan, masukan panas kecil, deformasi las kecil, dan karakteristik pengelasan laser dipertahankan;Kedua, ia memiliki kemampuan menjembatani yang lebih baik dan toleransi yang lebih besar terhadap kesenjangan perakitan;Ketiga, laju pemadatan kolam cair lambat, yang kondusif untuk menghilangkan cacat pengelasan seperti pori-pori dan retakan, serta meningkatkan struktur dan kinerja zona yang terkena dampak panas.Keempat, karena efek busur, dapat mengelas material dengan reflektifitas tinggi dan konduktivitas termal tinggi, serta jangkauan penerapan material lebih luas.

Dalam proses pembuatan bodi mobil, proses pengelasan komposit busur laser terutama untuk mengelas komponen bodi paduan aluminium dan logam berbeda baja aluminium, dan pengelasan dilakukan untuk bagian dengan celah perakitan yang besar, seperti pengelasan bagian dari pintu mobil, karena celah rakitan kondusif untuk permainan kinerja jembatan pengelasan komposit busur laser.Selain itu, teknologi las komposit busur laser-MIG juga diterapkan pada posisi side top beam bodi Audi.

Dalam proses pengelasan bodi mobil, pengelasan komposit busur laser memiliki keunggulan toleransi celah yang lebih besar dibandingkan pengelasan laser tunggal, namun posisi relatif laser dan busur, parameter pengelasan laser, parameter busur dan faktor lainnya harus dipertimbangkan secara komprehensif.Perilaku perpindahan panas dan massa pada pengelasan busur laser sangatlah kompleks, terutama mekanisme pengaturan energi dan pengaturan ketebalan dan struktur IMC pada pengelasan bahan berbeda masih belum jelas, dan diperlukan penelitian lebih lanjut.

Proses pengelasan laser bodi otomotif lainnya

Pengelasan penetrasi dalam laser, pengelasan pengisian kawat laser, pengelasan laser mematri dan pengelasan komposit busur laser dan proses pengelasan lainnya telah menjadi teori yang lebih matang dan aplikasi praktis yang luas.Dengan meningkatnya kebutuhan industri otomotif akan efisiensi pengelasan bodi dan meningkatnya permintaan pengelasan bahan berbeda di manufaktur otomotif ringan, pengelasan titik laser, pengelasan ayunan laser, pengelasan sinar multi-laser, dan pengelasan penerbangan laser telah mendapat perhatian. ke.

Proses pengelasan titik laser 

Pengelasan titik laser adalah teknologi pengelasan laser canggih, yang memiliki keunggulan kecepatan pengelasan cepat dan presisi pengelasan tinggi.Prinsip dasar pengelasan titik laser adalah memfokuskan sinar laser pada titik tertentu pada bagian yang akan dilas, sehingga logam pada titik tersebut langsung meleleh, dengan mengatur kerapatan laser untuk mencapai pengelasan konduksi termal atau efek pengelasan fusi dalam. , ketika sinar laser berhenti bekerja, logam cair mengalir kembali, memadat membentuk sambungan.

Ada dua bentuk utama pengelasan titik laser: pengelasan titik laser berdenyut dan pengelasan titik laser kontinu.Energi puncak sinar laser pengelasan titik laser berdenyut tinggi, tetapi waktu kerjanya singkat, umumnya digunakan untuk paduan magnesium, paduan aluminium dan pengelasan logam ringan lainnya.Kekuatan rata-rata sinar laser dalam pengelasan titik laser kontinu tinggi, waktu kerja laser lama, dan banyak digunakan dalam pengelasan baja.

Dalam hal pengelasan bodi mobil, dibandingkan dengan pengelasan titik resistansi, pengelasan titik laser memiliki keunggulan non-kontak, lintasan pengelasan titik dapat dirancang secara mandiri, dll., yang dapat memenuhi persyaratan pengelasan berkualitas tinggi di bawah celah putaran yang berbeda. bahan bodi mobil.

Proses pengelasan ayunan laser

Pengelasan ayunan laser adalah teknologi pengelasan laser baru yang diusulkan dalam beberapa tahun terakhir, yang telah mendapat perhatian luas.Prinsip dari teknologi ini adalah: dengan mengintegrasikan kelompok galvanometer pada kepala las laser, sinar laser akan menyala dengan cepat, teratur dan dalam jangkauan yang kecil, sehingga mencapai efek sinar laser yang bergerak maju sambil diaduk.

Lintasan ayunan utama dalam proses pengelasan ayunan laser meliputi ayunan melintang, ayunan memanjang, ayunan melingkar, dan ayunan tak terbatas.Proses pengelasan ayunan laser memiliki keuntungan yang signifikan dalam pengelasan bodi mobil.Di bawah aksi ayunan sinar laser, kondisi aliran kolam cair berubah secara signifikan.Oleh karena itu, proses ini tidak hanya dapat menghilangkan cacat yang tidak menyatu, mencapai kehalusan butiran dan menekan porositas dalam pengelasan material bodi mobil yang sama.Selain itu, hal ini juga dapat mengatasi masalah seperti kurangnya pencampuran bahan yang berbeda dan sifat mekanik las yang buruk dalam pengelasan bahan heterogen pada bodi mobil.

 Proses pengelasan sinar multi-laser

Saat ini, laser serat optik dapat dibagi menjadi beberapa sinar laser dengan modul pembagi yang dipasang di kepala pengelasan.Pengelasan sinar multi-laser setara dengan menerapkan beberapa sumber panas dalam proses pengelasan, dengan menyesuaikan distribusi energi sinar, sinar yang berbeda dapat mencapai fungsi yang berbeda, seperti: sinar dengan kepadatan energi yang lebih tinggi adalah sinar utama, bertanggung jawab untuk kedalaman pengelasan penetrasi;Kepadatan energi sinar laser yang lebih rendah dapat membersihkan dan memanaskan permukaan material, serta meningkatkan penyerapan energi sinar laser oleh material.

Bahan baja galvanis berkekuatan tinggi banyak digunakan pada bodi mobil.Teknologi pengelasan sinar multi-laser dapat meningkatkan perilaku penguapan uap seng dan perilaku dinamis kolam cair dalam proses pengelasan pelat baja galvanis, memperbaiki masalah sputtering, dan meningkatkan kekuatan tarik las.

 Proses pengelasan penerbangan laser

Teknologi pengelasan penerbangan laser merupakan teknologi pengelasan laser baru yang memiliki efisiensi pengelasan tinggi dan dapat dirancang secara mandiri.Prinsip dasar pengelasan penerbangan laser adalah ketika sinar laser mengenai cermin X dan Y dari cermin pemindai, Sudut cermin dikontrol oleh pemrograman independen untuk mencapai defleksi sinar laser pada sudut mana pun.

Pengelasan laser tradisional pada bodi mobil terutama mengandalkan gerakan sinkron kepala pengelasan laser yang digerakkan oleh robot pengelasan untuk mencapai efek pengelasan.Namun, efisiensi pengelasan bodi mobil sangat dibatasi oleh gerakan bolak-balik robot pengelasan yang berulang karena banyaknya jumlah lasan dan panjang las yang panjang.Sebaliknya, pengelasan penerbangan laser hanya perlu menyesuaikan Sudut cermin untuk mencapai pengelasan dalam kisaran tertentu.Oleh karena itu, teknologi pengelasan penerbangan laser dapat meningkatkan efisiensi pengelasan secara signifikan dan memiliki prospek penerapan yang luas.

Ringkasan dan prospek

Dengan berkembangnya industri otomotif, teknologi pengelasan bodi masa depan akan terus berkembang dalam dua aspek: proses pengelasan dan teknologi cerdas.

Bodi mobil, khususnya bodi kendaraan energi baru, sedang berkembang ke arah yang ringan.Paduan ringan, material komposit, dan material berbeda akan lebih banyak digunakan pada bodi mobil, proses pengelasan laser konvensional sulit memenuhi persyaratan pengelasannya, sehingga proses pengelasan berkualitas tinggi dan efisien akan menjadi tren perkembangan masa depan.

Dalam beberapa tahun terakhir, proses pengelasan laser yang bermunculan, seperti pengelasan ayunan laser, pengelasan sinar multi-laser, pengelasan penerbangan laser, dll., telah menjadi penelitian teoretis awal dan eksplorasi proses dalam hal kualitas pengelasan dan efisiensi pengelasan.Di masa depan, perlu untuk menggabungkan secara erat proses pengelasan laser yang muncul dengan bahan ringan dan adegan pengelasan bahan berbeda pada bodi mobil, melakukan penelitian mendalam tentang desain lintasan ayunan sinar laser, mekanisme aksi energi sinar multi-laser. dan peningkatan efisiensi pengelasan penerbangan, dan mengeksplorasi proses pengelasan bodi mobil ringan yang matang.

Teknologi pengelasan laser pada bodi mobil sangat terintegrasi dengan teknologi cerdas.Persepsi real-time keadaan pengelasan laser pada bodi mobil dan kontrol umpan balik parameter proses memainkan peran yang menentukan dalam kualitas pengelasan.Teknologi pengelasan laser cerdas saat ini sebagian besar digunakan untuk perencanaan dan pelacakan lintasan pra-pengelasan serta pemeriksaan kualitas pasca-pengelasan.Di dalam dan luar negeri, penelitian tentang deteksi cacat pengelasan dan kontrol adaptif parameter masih dalam tahap awal, dan teknologi kontrol adaptif parameter proses pengelasan laser belum diterapkan dalam pembuatan bodi mobil.

Oleh karena itu, mengingat karakteristik penerapan teknologi pengelasan laser dalam proses pengelasan bodi mobil, sistem penginderaan cerdas untuk pengelasan laser dengan multi-sensor canggih sebagai intinya dan sistem kontrol robot pengelasan berkecepatan tinggi dan presisi tinggi harus dibangun. dikembangkan di masa depan untuk memastikan real-time dan keakuratan semua aspek teknologi pengelasan laser cerdas.Buka tautan “perencanaan lintasan pra-pengelasan – kontrol adaptif parameter deteksi online kualitas pengelasan setelah pengelasan” untuk memastikan pemrosesan berkualitas tinggi dan efisien.