En tant que support d'autres pièces de la voiture, la technologie de fabrication de la carrosserie détermine directement la qualité de fabrication globale de la voiture. Dans le processus de fabrication de carrosseries automobiles, le soudage est un processus de production important. Les technologies de soudage actuellement utilisées pour le soudage de carrosseries automobiles comprennent principalement le soudage par points par résistance, le soudage sous protection par gaz inerte fondu (soudage MIG) et le soudage à l'arc sous protection par gaz actif fondu (soudage MAG) ainsi que le soudage laser.
En tant que technologie de soudage avancée avec intégration optique-mécanique, la technologie de soudage laser présente les avantages d'une densité d'énergie élevée, d'une vitesse de soudage rapide, de faibles contraintes et déformations de soudage et d'une bonne flexibilité par rapport à la technologie traditionnelle de soudage de carrosserie automobile.
La structure de la carrosserie est complexe et les parties de la carrosserie sont principalement constituées de composants à parois minces et incurvés. Le soudage de carrosseries automobiles est confronté à des difficultés de soudage telles que des variations dans les matériaux de la carrosserie, des épaisseurs variables des pièces de carrosserie, des trajectoires de soudage et des formes de joints diverses. De plus, le soudage de carrosseries automobiles impose des exigences élevées en matière de qualité et d’efficacité du soudage.
Basé sur des paramètres de processus de soudage appropriés, le soudage au laser peut garantir une résistance élevée à la fatigue et une résistance aux chocs des pièces clés de la carrosserie automobile lors du soudage, garantissant ainsi la qualité et la durée de vie du soudage de la carrosserie. La technologie de soudage au laser peut s'adapter au soudage de pièces de carrosserie automobile avec différentes formes de joints, différentes épaisseurs et différents types de matériaux, répondant ainsi à la demande de flexibilité dans la fabrication de carrosseries automobiles. La technologie du soudage au laser constitue donc un moyen technique important pour parvenir à un développement de haute qualité de l’industrie automobile.
Procédé de soudage laser pour carrosseries automobiles
Principe du processus de soudage par fusion profonde au laser : lorsque la densité de puissance laser atteint un certain niveau, la surface du matériau se vaporise, formant ainsi un trou de serrure. Lorsque la pression de vapeur métallique à l'intérieur du trou atteint un équilibre dynamique avec la pression statique et la tension superficielle du liquide environnant, le laser peut irradier à travers le trou de serrure jusqu'au fond du trou, et avec le mouvement du faisceau laser, une soudure continue est formée. formé. Dans le processus de soudage par fusion profonde au laser, il n'est pas nécessaire d'ajouter un flux auxiliaire ou une charge pour souder le matériau de la pièce en un seul.
Le cordon de soudure obtenu par soudage par fusion profonde au laser est généralement lisse et droit avec une faible déformation, ce qui favorise l'amélioration de la précision de fabrication de la carrosserie automobile. La résistance à la traction de la soudure est élevée, ce qui garantit la qualité du soudage de la carrosserie. La vitesse de soudage est rapide, ce qui contribue à améliorer l’efficacité de la production de soudage.
Dans le processus de soudage de carrosserie automobile, l'utilisation du procédé de soudage par fusion profonde au laser peut réduire considérablement le nombre de pièces, de moules et d'outillage de soudage, réduisant ainsi le poids mort de la carrosserie et les coûts de production. Cependant, le procédé de soudage par fusion profonde laser est moins tolérant au jeu d'assemblage des pièces à souder, et le jeu d'assemblage doit être contrôlé entre 0,05 et 2 mm. Si l'espace d'assemblage est trop grand, des défauts de soudage tels que la porosité se produiront.
Les recherches actuelles montrent que dans le soudage de carrosseries automobiles du même matériau, en optimisant les paramètres du processus de soudage par fusion profonde au laser, il est possible d'obtenir une soudure avec une bonne formation de surface, moins de défauts internes et d'excellentes propriétés mécaniques. Les excellentes propriétés mécaniques de la soudure peuvent répondre aux exigences d’utilisation des composants soudés de la carrosserie automobile. Cependant, dans le soudage de carrosseries automobiles, l'acier allié d'aluminium, en tant que représentant du processus de soudage par fusion profonde au laser pour métaux hétérogènes, n'est pas mature, bien qu'en ajoutant une couche de transition, on puisse obtenir d'excellentes performances de soudure, mais les différents matériaux de la couche de transition sur le Le mécanisme d’influence de la couche IMC et son effet sur la microstructure du mécanisme de soudure ne sont pas clairs et nécessitent une étude plus approfondie.
Processus de soudage de remplissage de fil laser pour carrosserie automobile
Le procédé de soudage d'apport laser est basé sur le principe suivant : Un joint soudé est formé en pré-remplissant la soudure avec un fil spécifique ou en alimentant le fil simultanément pendant le processus de soudage laser. Cela équivaut à introduire une quantité à peu près homogène de matériau métallique dans le bain de fusion lors du soudage par fusion profonde au laser. Le diagramme ci-dessous montre le processus de soudage d'apport au laser.
Par rapport au soudage par fusion profonde au laser, le soudage d'apport au laser présente deux avantages dans le soudage de carrosseries automobiles : premièrement, il peut améliorer considérablement la tolérance de l'écart d'assemblage entre les pièces de carrosserie à souder et résoudre le problème de l'exigence d'un écart de biseau élevé pour le soudage par fusion profonde au laser. ; Deuxièmement, il peut améliorer la répartition des tissus dans la zone de soudure en utilisant des fils de composition différente, puis réguler les performances de soudure.
Dans le processus de fabrication de carrosseries automobiles, le procédé de soudage par remplissage laser est principalement utilisé pour souder des pièces en alliage d'aluminium et en acier de la carrosserie. En particulier dans le processus de soudage de pièces en alliage d'aluminium de carrosserie automobile, la tension superficielle du bain de fusion est faible, ce qui peut facilement conduire à l'effondrement du bain de fusion, tandis que le processus de soudage de remplissage au laser peut mieux résoudre le problème de l'effondrement du bain de fusion. grâce à la fusion du fil lors du processus de soudage au laser.
Processus de brasage laser de carrosserie automobile
Le procédé de brasage laser est basé sur le principe suivant : en utilisant un laser comme source de chaleur, le faisceau laser est focalisé et irradié sur la surface du fil, le fil fond, le fil fondu coule et remplit la pièce à souder, et des effets métallurgiques tels que la fusion et la diffusion se produisent entre le matériau de brasage et la pièce, joignant ainsi la pièce. Contrairement au procédé de soudage d'apport au laser, le procédé de brasage au laser ne fait fondre que le fil et non la pièce à souder. Le brasage laser a une bonne stabilité de soudage, mais la résistance à la traction de la soudure résultante est faible. La figure 3 montre l'application du processus de brasage au laser dans le soudage de couvercles de coffre à bagages automobiles.
Dans le processus de soudage de carrosserie automobile, le processus de brasage au laser est principalement utilisé pour souder les parties de carrosserie qui ne nécessitent pas une résistance de joint élevée, telles que la soudure entre le capot supérieur et les entourages latéraux, la soudure entre la partie supérieure et inférieure du bagage. couvercle du compartiment, etc. Le couvercle supérieur de VW, Audi et d'autres modèles moyens et haut de gamme utilisent tous un procédé de brasage laser.
Les principaux défauts des joints brasés au laser des carrosseries automobiles comprennent le rongement des bords, la porosité, la déformation des soudures, etc., et les défauts peuvent être considérablement supprimés en régulant les paramètres du processus et en utilisant un processus de brasage laser multifocal.
Procédé de soudage composite à l'arc laser pour carrosserie automobile
Le principe du procédé de soudage composite laser-arc est le suivant : deux sources de chaleur, laser et arc, sont utilisées pour agir simultanément sur la surface de la pièce à souder, et la pièce est fondue et solidifiée pour former un cordon de soudure. Le schéma ci-dessous montre le processus de soudage à l'arc laser.
Le soudage composite laser-arc combine les avantages du soudage laser et du soudage à l'arc : premièrement, sous l'action de deux sources de chaleur, la vitesse de soudage peut être augmentée, l'apport de chaleur devient plus petit, la déformation de la soudure est faible, conservant ainsi les caractéristiques du soudage laser. ; deuxièmement, une meilleure capacité de pontage, la tolérance de l'écart d'assemblage est plus grande ; troisièmement, la vitesse de solidification du bain fondu devient plus lente, ce qui favorise l'élimination des pores, des fissures et autres défauts de soudage, améliore l'organisation et les performances de la zone affectée thermiquement. Quatrièmement, grâce à l'arc, il est capable de souder matériaux à haute réflectivité et conductivité thermique élevée, avec une gamme plus large de matériaux appliqués.
Dans le processus de fabrication de carrosserie automobile, le processus de soudage composite laser-arc consiste principalement à souder des composants en alliage d'aluminium de carrosserie et des métaux différents en alliage d'aluminium-acier, pour l'espace d'assemblage des plus grandes parties du soudage, telles que la partie de porte de voiture de l'emplacement de le soudage, en effet, l'espace d'assemblage est propice aux performances de pontage du soudage composite laser-arc. De plus, la technologie de soudage composite à l'arc laser-MIG est également appliquée à la position des poutres de toit latérales de la carrosserie Audi.
Dans le processus de soudage de carrosseries automobiles, le soudage composite à l'arc laser présente l'avantage d'une grande tolérance d'écart par rapport au soudage laser unique. Cependant, le soudage composite à l'arc laser nécessite une prise en compte approfondie de la position relative du laser et de l'arc, des paramètres de soudage laser, de l'arc. Paramètres et autres facteurs. Le comportement de transfert de chaleur et de masse du procédé de soudage à l'arc laser est complexe, en particulier la régulation énergétique du soudage de matériaux hétérogènes et le mécanisme de régulation de l'épaisseur et des tissus IMC est encore flou et nécessite un renforcement supplémentaire des recherches.
Autres procédés de soudage laser de carrosserie automobile
Le soudage par fusion profonde au laser, le soudage d'apport au laser, le brasage au laser et le soudage composite à l'arc laser et d'autres procédés de soudage ont une théorie plus mature et un large éventail d'applications pratiques. À mesure que les exigences de l'industrie automobile en matière d'efficacité du soudage de carrosserie augmentent et que la demande de soudage de matériaux différents dans la fabrication légère augmente, le soudage par points laser, le soudage par oscillation laser, le soudage par faisceaux multilasers et le soudage par vol laser ont attiré l'attention.
Procédé de soudage par points au laser
Le soudage par points laser est une technologie avancée de soudage laser présentant des avantages exceptionnels en termes de vitesse de soudage rapide et de précision de soudage élevée. Le principe de base du soudage par points laser est de concentrer le faisceau laser sur un point de la pièce à souder, de sorte que le métal à ce point fonde instantanément, et en ajustant la densité du laser pour obtenir un soudage par conduction thermique ou un effet de soudage par fusion profonde, lorsque le faisceau laser cesse de fonctionner, le métal liquide reflue, se solidifie et forme un joint.
Il existe deux formes principales de soudage par points laser : le soudage par points laser pulsé et le soudage par points laser continu. Le faisceau laser utilisé dans le soudage par points laser pulsé a une énergie de crête élevée, mais le temps d'action est court et est généralement utilisé pour le soudage de métaux légers tels que les alliages de magnésium et les alliages d'aluminium. Dans le soudage par points laser continu, le faisceau laser a une puissance moyenne élevée et un temps d'action laser long, et est principalement utilisé pour le soudage de l'acier.
Dans le soudage de carrosserie automobile, par rapport au soudage par points par résistance, le soudage par points laser présente les avantages d'une trajectoire de soudage par points sans contact et auto-conçue, qui peut répondre à la demande de soudage de haute qualité sous différents écarts de recouvrement des matériaux de carrosserie automobile.
Procédé de soudage par oscillation laser
Le soudage par oscillation laser est une nouvelle technologie de soudage au laser qui a été proposée ces dernières années et qui a suscité une large attention. Le principe de cette technologie est d'obtenir une oscillation rapide, ordonnée et faible du faisceau laser en intégrant un miroir oscillant dans la tête de soudage laser, obtenant ainsi l'effet d'agiter le faisceau tout en avançant pendant le soudage laser.
Les principales trajectoires d'oscillation dans le processus de soudage par oscillation laser comprennent : l'oscillation transversale, l'oscillation longitudinale, l'oscillation circulaire et l'oscillation infinie. Le processus de soudage par oscillation laser présente des avantages significatifs dans le soudage de carrosseries automobiles, car l'état d'écoulement du bain de fusion est considérablement modifié par l'oscillation du faisceau laser, de sorte que le processus peut éliminer les défauts non fondus, obtenir un raffinement du grain et supprimer la porosité lors du soudage de le même matériau de carrosserie automobile, et améliorer les problèmes de mélange insuffisant de différents matériaux et de mauvaises propriétés mécaniques du cordon de soudure lors du soudage de matériaux de carrosserie automobiles différents.
Procédé de soudage par faisceau multi-laser
Actuellement, les lasers à fibre peuvent être utilisés pour diviser un seul faisceau laser en plusieurs faisceaux laser à l'aide d'un module de séparation de faisceau installé dans la tête de soudage. Le soudage par faisceaux laser multiples équivaut à l’application de plusieurs sources de chaleur dans le processus de soudage. En ajustant la répartition de l'énergie du faisceau, différents faisceaux peuvent remplir différentes fonctions, telles que : le faisceau avec une densité d'énergie plus élevée est le faisceau principal, responsable du soudage en fusion profonde ; le sous-faisceau avec une densité d'énergie plus faible peut nettoyer et préchauffer la surface du matériau et augmenter l'absorption de l'énergie du faisceau laser par le matériau.
Le procédé de soudage par faisceau multilaser peut améliorer le comportement d'évaporation de la vapeur de zinc et le comportement dynamique du bain de fusion lors du soudage de tôles d'acier galvanisées, améliorer le problème des éclaboussures et améliorer la résistance à la traction du cordon de soudure.
Procédé de soudage en vol au laser
La technologie de soudage laser par vol est une nouvelle technologie de soudage laser avec une efficacité de soudage élevée et une conception autonome de la trajectoire de soudage. Le principe de base du soudage laser en vol est que lorsque le faisceau laser arrive sur les miroirs X et Y du miroir de balayage, l'angle du miroir est contrôlé par une programmation autonome pour obtenir une déviation du faisceau laser à n'importe quel angle.
Traditionnellement, le soudage au laser des carrosseries automobiles repose principalement sur le robot de soudage pour entraîner la tête de soudage laser afin d'obtenir un mouvement synchrone afin d'obtenir l'effet de soudage. Cependant, le mouvement alternatif répétitif du robot de soudage limite considérablement l'efficacité du soudage de carrosseries automobiles en raison du grand nombre de soudures et de la grande longueur des soudures. En revanche, le soudage laser en vol peut être réalisé dans une certaine plage en ajustant simplement l'angle du réflecteur. Par conséquent, la technologie de soudage laser en vol peut améliorer considérablement l’efficacité du soudage et a de larges perspectives d’application.
Résumé
Avec le développement de l'industrie automobile, l'avenir de la technologie de soudage des carrosseries continuera à se développer, tant dans le processus de soudage que dans la technologie intelligente.
La carrosserie automobile, en particulier la carrosserie des véhicules à énergie nouvelle, évolue dans le sens de la légèreté. Les alliages légers, les matériaux composites et les matériaux hétérogènes seront plus largement utilisés dans la carrosserie automobile, le procédé de soudage laser conventionnel est difficile à répondre à ses exigences de soudage, donc un procédé de soudage de haute qualité et efficace deviendra la tendance de développement future.
Ces dernières années, les nouveaux procédés de soudage au laser, tels que le soudage par oscillation laser, le soudage par faisceaux multi-laser, le soudage par vol laser, etc., ont porté sur la qualité du soudage et l'efficacité du soudage de la recherche théorique initiale et de l'exploration des processus. L'avenir doit être celui du processus de soudage laser émergent et des matériaux légers de carrosserie automobile, du soudage de matériaux hétérogènes et d'autres scénarios étroitement combinés, de la conception de la trajectoire d'oscillation du faisceau laser, du mécanisme d'action énergétique du faisceau multi-laser et de l'amélioration de l'efficacité du soudage en vol et d'autres aspects de l'intégration. recherche approfondie pour explorer un processus de soudage de carrosserie automobile léger et mature.
La technologie de soudage laser de carrosserie automobile est profondément intégrée à la technologie intelligente, la détection en temps réel de l'état de soudage laser de carrosserie automobile et le contrôle par rétroaction des paramètres de processus jouent un rôle décisif dans la qualité du soudage. La technologie de soudage laser intelligente actuelle est principalement utilisée pour la planification et le suivi des trajectoires avant le soudage et pour l’inspection de la qualité après le soudage. La recherche nationale et étrangère sur la détection des défauts de soudage et la régulation adaptative des paramètres en est encore à ses balbutiements, et la technologie de contrôle adaptatif des paramètres du processus de soudage au laser n'a pas été appliquée dans la fabrication de carrosseries automobiles.
Par conséquent, pour l'application de la technologie de soudage au laser dans les caractéristiques du processus de soudage de carrosserie automobile, l'avenir devrait être développé avec un système de détection intelligent avancé de soudage laser à noyau multi-capteurs et un système de contrôle de robot de soudage à grande vitesse et de haute précision pour garantir que le soudage au laser technologie intelligente en temps réel et précision de chaque lien, via le lien « planification de la trajectoire de pré-soudage - paramètres de soudage, contrôle adaptatif, inspection en ligne de la qualité après soudage », pour garantir une haute qualité et un traitement efficace.
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Heure de publication : 09 décembre 2022
