Introduction
Comme la carrosserie du véhicule est le support d’autres parties du véhicule, sa technologie de fabrication détermine directement la qualité de fabrication globale du véhicule.Le soudage est un processus de production important dans le processus de fabrication de carrosseries automobiles.À l'heure actuelle, les technologies de soudage utilisées pour le soudage de carrosseries automobiles comprennent principalement le soudage par points par résistance, le soudage MIG, le soudage MAG et le soudage laser.
La technologie de soudage au laser en tant que technologie avancée de soudage par intégration optoélectromécanique, par rapport à la technologie traditionnelle de soudage de carrosserie automobile, 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.
La structure de la carrosserie automobile est complexe et ses composants sont principalement à parois minces et incurvés.Le soudage de carrosseries automobiles est confronté à certaines difficultés, telles que des changements dans le matériau de la carrosserie, des épaisseurs différentes des pièces de carrosserie, des trajectoires de soudage diversifiées et des formes de joints.De plus, le soudage de carrosseries automobiles a des exigences élevées en matière de qualité et d’efficacité du soudage.
Sur la base des paramètres appropriés du processus de soudage, le soudage au laser peut garantir la résistance élevée à la fatigue et la résistance aux chocs des composants clés de la carrosserie, afin de garantir la qualité du soudage et la durée de vie de la carrosserie.La technologie de soudage au laser peut s'adapter à différentes formes de joints, différentes épaisseurs et différents types de matériaux de soudage de pièces de carrosserie automobile, pour répondre aux besoins flexibles de 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.
Technologie de soudage laser de carrosserie automobile
Technologie de soudage laser à pénétration profonde de carrosserie automobile
Le principe du procédé de soudage par pénétration profonde au laser (Figure 1) est le suivant : lorsque la densité de puissance laser atteint un certain niveau, la surface du matériau se vaporise, formant un trou de serrure.Lorsque la pression de vapeur métallique dans le trou atteint un équilibre dynamique avec la pression statique et la tension superficielle du liquide environnant, le laser peut être irradié jusqu'au fond du trou à travers le trou de serrure, et avec le mouvement du faisceau laser, un rayonnement continu la soudure est formée.Pendant le processus de soudage par pénétration profonde au laser, il n'est pas nécessaire d'ajouter un flux auxiliaire ou un agent de remplissage, et les matériaux de la pièce peuvent être soudés ensemble.
FIGUE.1 Diagramme schématique du processus de soudage par pénétration profonde au laser
La soudure obtenue par soudage à pénétration profonde au laser est généralement lisse et droite, et la déformation est faible, ce qui favorise l'amélioration de la précision de fabrication de la carrosserie automobile.La haute résistance à la traction de la soudure garantit la qualité du soudage de la carrosserie automobile.La vitesse de soudage est rapide, ce qui contribue à améliorer l’efficacité de la production de soudage.
Dans le processus de soudage de carrosseries automobiles, l'utilisation d'un procédé de soudage à pénétration profonde au laser peut réduire considérablement le nombre de pièces, de moules et d'outils de soudage, réduisant ainsi le poids de la carrosserie et les coûts de production.Cependant, le procédé de soudage par pénétration profonde au laser présente une mauvaise tolérance pour l'espace d'assemblage des pièces soudées, et l'espace d'assemblage doit être contrôlé entre 0,05 et 2 mm.Si l'espace d'assemblage est trop grand, des défauts de soudure tels que des pores se produiront.
Les recherches actuelles montrent qu'une soudure présentant une bonne formation de surface, moins de défauts internes et d'excellentes propriétés mécaniques peut être obtenue en optimisant les paramètres du processus de soudage par pénétration profonde au laser dans le soudage du même matériau que la carrosserie automobile.Les excellentes propriétés mécaniques de la soudure peuvent répondre aux besoins des composants de soudage de la carrosserie automobile.Cependant, dans le soudage de carrosseries automobiles, la technologie de soudage à pénétration profonde au laser pour métaux différents représentée par l'alliage d'aluminium et l'acier n'est pas mature.Bien que des cordons de soudure offrant d'excellentes performances puissent être obtenus en ajoutant des couches de transition, le mécanisme d'influence des différents matériaux des couches de transition sur la couche IMC et leur mécanisme d'action sur la microstructure de la soudure ne sont pas clairs et des recherches supplémentaires sont nécessaires.
Processus de soudage de remplissage de fil laser de carrosserie automobile
Le principe du procédé de soudage au fil d'apport laser est le suivant : un joint soudé est formé en pré-remplissant un fil de soudage spécifique dans la soudure ou en alimentant le fil de soudage simultanément pendant le processus de soudage au laser.Cela équivaut à introduire un matériau de fil de soudage à peu près homogène dans le bain de soudure lors d'un soudage à pénétration profonde au laser.Le diagramme schématique du processus de soudage au fil d'apport laser est présenté à la figure 2.
FIGUE.2 Diagramme schématique du processus de soudage par remplissage de fil laser
Comparé au soudage à pénétration profonde au laser, le soudage par remplissage de fil laser présente deux avantages dans le soudage de carrosserie automobile : premièrement, il peut grandement améliorer la tolérance de l'espace d'assemblage entre les pièces de carrosserie à souder et résoudre le problème du soudage à pénétration profonde au laser. nécessite trop de jeu dans les rainures ;Deuxièmement, la répartition des tissus de la zone de soudure peut être améliorée en utilisant des fils de soudage de composition différente, puis les performances de soudure peuvent être régulées.
Dans le processus de fabrication de carrosserie automobile, le processus de soudage par remplissage de fil 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, et le processus de soudage par remplissage de fil laser peut mieux résoudre le problème de l'effondrement du bain de fusion. en faisant fondre le fil de soudure.
Technologie de brasage laser de carrosserie automobile
Le principe du processus de brasage au laser est le suivant : le laser est utilisé comme source de chaleur, le faisceau laser est éclairé sur la surface du fil de soudage après avoir été focalisé, le fil de soudage est fondu, le fil fondu tombe et se remplit entre le pièces à souder, et des effets métallurgiques tels que la fusion et la diffusion se produisent entre le métal d'apport et la pièce, de sorte que la pièce est connectée.Contrairement au procédé de soudage par remplissage de fil laser, le procédé de brasage laser ne fait que fondre le fil et ne fait pas fondre la pièce à souder.Le brasage laser a une bonne stabilité de soudage, mais la résistance à la traction de la soudure est faible.FIGUE.3 montre l'application du procédé de brasage au laser dans le soudage de couvercles de coffre d'automobile.
FIGUE.3 Application du brasage laser dans l'automobile : (a) soudage laser du capot arrière ;(b) Diagramme schématique du brasage laser
Dans le processus de soudage de carrosserie automobile, le processus de brasage au laser consiste principalement à souder les parties de carrosserie présentant de faibles exigences de résistance des joints, telles que le soudage entre le capot supérieur et la paroi latérale de la carrosserie, le soudage entre les parties supérieure et inférieure du coffre. couvercle, etc., Volkswagen, Audi et d'autres modèles haut de gamme du couvercle supérieur utilisent un processus de brasage au laser.
Les principaux défauts du cordon de soudure par brasage laser de la carrosserie automobile comprennent les morsures des bords, la porosité, la déformation de la soudure, etc. Les défauts peuvent évidemment être supprimés en ajustant les paramètres du processus et en utilisant un processus de brasage laser multifocal.
Technologie de soudage composite à l'arc laser de carrosserie automobile
Le principe du procédé de soudage composite laser-arc est le suivant : en utilisant deux sources de chaleur laser et arc pour agir simultanément sur la surface de la pièce à souder, la pièce est fondue et solidifiée pour former une soudure.La figure 4 montre le diagramme schématique du processus de soudage composite à l'arc laser.
FIGUE.4 Diagramme schématique du processus de soudage composite à arc laser
Le soudage composite laser-arc présente les avantages à la fois du soudage laser et du soudage à l'arc : premièrement, sous l'action de doubles sources de chaleur, la vitesse de soudage est améliorée, l'apport de chaleur est faible, la déformation de la soudure est faible et les caractéristiques du soudage laser sont entretenus ;Deuxièmement, il a une meilleure capacité de pontage et une plus grande tolérance de l'écart d'assemblage ;Troisièmement, le taux de solidification du bain fondu est lent, ce qui favorise l'élimination des défauts de soudage tels que les pores et les fissures, et l'amélioration de la structure et des performances de la zone affectée thermiquement.Quatrièmement, en raison de l'effet de l'arc, il peut souder des matériaux à haute réflectivité et conductivité thermique élevée, et la gamme de matériaux d'application est plus large.
Dans le processus de fabrication de carrosseries automobiles, le processus de soudage composite à l'arc laser consiste principalement à souder des composants en alliage d'aluminium de la carrosserie et des métaux différents en aluminium-acier, et le soudage est effectué pour les pièces présentant de grands espaces d'assemblage, telles que le soudage de pièces de la porte de la voiture, car l'espace d'assemblage est propice au jeu des performances du pont du soudage composite à l'arc laser.De plus, la technologie de soudage composite à l'arc laser-MIG est également appliquée à la position des poutres supérieures latérales de la carrosserie Audi.
Dans le processus de soudage de carrosseries automobiles, le soudage composite laser-arc présente l'avantage d'une plus grande tolérance d'écart que le soudage laser unique, mais la position relative du laser et de l'arc, les paramètres de soudage laser, les paramètres d'arc et d'autres facteurs doivent être pris en compte de manière globale.Le comportement du transfert de chaleur et de masse dans le soudage à l'arc laser est complexe, en particulier le mécanisme de régulation de l'énergie et la régulation de l'épaisseur et de la structure IMC dans le soudage de matériaux différents n'est pas encore clair et des recherches supplémentaires sont nécessaires.
Autres procédés de soudage laser de carrosserie automobile
Le soudage par pénétration profonde au laser, le soudage par remplissage de fil laser, le brasage laser et le soudage composite à l'arc laser et d'autres procédés de soudage ont été une théorie plus mature et des applications pratiques étendues.Avec l'amélioration des exigences de l'industrie automobile en matière d'efficacité du soudage de carrosserie et l'augmentation de la demande de soudage de matériaux différents dans la fabrication automobile légère, le soudage par points laser, le soudage laser oscillant, le soudage par faisceaux multilasers et le soudage laser en vol ont fait l'objet d'une attention particulière. à.
Procédé de soudage par points au laser
Le soudage par points laser est une technologie avancée de soudage laser, qui présente les avantages d'une vitesse de soudage rapide et d'une précision de soudage élevée.Le principe de base du soudage par points laser est de concentrer le faisceau laser sur un certain point de la pièce à souder, de sorte que le métal à ce point fonde instantanément, 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 d'agir, le métal liquide reflue, se solidifie pour former 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.L'énergie maximale du faisceau laser de soudage par points laser pulsé est élevée, mais le temps d'action est court, généralement utilisé pour le soudage des alliages de magnésium, des alliages d'aluminium et d'autres métaux légers.La puissance moyenne du faisceau laser dans le soudage par points laser continu est élevée, le temps d'action du laser est long et il est largement utilisé dans le soudage de l'acier.
En termes de soudage de carrosserie automobile, par rapport au soudage par points par résistance, le soudage par points laser présente les avantages du sans contact, la trajectoire de soudage par points peut être conçue indépendamment, etc., ce qui peut répondre aux exigences de soudage de haute qualité sous différents écarts de recouvrement de matériaux de carrosserie automobile.
Procédé de soudage par oscillation au laser
Le soudage laser swing est une nouvelle technologie de soudage laser proposée ces dernières années et qui suscite de nombreuses préoccupations.Le principe de cette technologie est le suivant : en intégrant un groupe galvanomètre sur la tête de soudage laser, le faisceau laser est rapide, ordonné et dans une petite plage, de manière à obtenir l'effet du faisceau laser avançant tout en remuant.
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 procédé de soudage laser swing présente des avantages significatifs dans le soudage de carrosseries automobiles.Sous l’action de l’oscillation du faisceau laser, l’état d’écoulement du bain fondu est considérablement modifié.Par conséquent, le processus peut non seulement éliminer le défaut non fondu, obtenir un raffinement du grain et supprimer la porosité lors du soudage du même matériau de carrosserie automobile.En outre, cela peut également améliorer les problèmes tels qu'un mélange insuffisant de différents matériaux et de mauvaises propriétés mécaniques des soudures lors du soudage de matériaux hétérogènes de carrosserie automobile.
Procédé de soudage par faisceau multi-laser
À l'heure actuelle, le laser à fibre optique peut être divisé en plusieurs faisceaux laser par un module séparateur installé dans la tête de soudage.Le soudage par faisceaux multilasers 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 de la profondeur. soudage par pénétration;La densité d'énergie plus faible du faisceau peut nettoyer et préchauffer la surface du matériau et augmenter l'absorption de l'énergie du faisceau laser par le matériau.
Le matériau en acier galvanisé à haute résistance est largement utilisé dans la carrosserie automobile.La technologie de soudage par faisceau multi-laser peut améliorer le comportement d'évaporation de la vapeur de zinc et le comportement dynamique du bain fondu dans le processus de soudage des tôles d'acier galvanisées, améliorer le problème de pulvérisation et améliorer la résistance à la traction de la soudure.
Procédé de soudage en vol au laser
La technologie de soudage laser par vol est une nouvelle technologie de soudage laser, qui présente une efficacité de soudage élevée et peut être conçue indépendamment.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 indépendante pour obtenir la déviation du faisceau laser à n'importe quel angle.
Le soudage laser traditionnel des carrosseries automobiles repose principalement sur le mouvement synchrone de la tête de soudage laser entraînée par un robot de soudage pour obtenir un effet de soudage.Cependant, l'efficacité du soudage des carrosseries automobiles est sévèrement limitée par le mouvement alternatif répétitif du robot de soudage en raison du grand nombre de soudures et de la grande longueur des soudures.En revanche, le soudage laser en vol n'a besoin que d'ajuster l'angle du miroir pour réaliser le soudage dans une certaine plage.Par conséquent, la technologie de soudage laser en vol peut améliorer considérablement l’efficacité du soudage et offre de larges perspectives d’application.
Résumé et perspective
Avec le développement de l'industrie automobile, la future technologie de soudage de carrosserie continuera à se développer sous deux aspects : le processus de soudage et 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 différents seront plus largement utilisés dans la carrosserie automobile. Le processus de soudage au laser conventionnel est difficile à répondre à ses exigences de soudage, un processus de soudage de haute qualité et efficace deviendra donc la tendance de développement future.
Ces dernières années, les procédés de soudage laser émergents, tels que le soudage par rotation laser, le soudage par faisceaux multilasers, le soudage par vol laser, etc., ont fait l'objet de recherches théoriques préliminaires et d'exploration de processus en termes de qualité et d'efficacité du soudage.À l'avenir, il est nécessaire de combiner étroitement le processus de soudage laser émergent avec des matériaux légers et des scènes de soudage de matériaux différents de la carrosserie automobile, de mener des recherches approfondies sur la conception de la trajectoire d'oscillation du faisceau laser, le mécanisme d'action de l'énergie du faisceau multi-laser. et l'amélioration de l'efficacité du soudage en vol, et explorer un processus de soudage de carrosserie automobile léger et mature.
La technologie de soudage laser des carrosseries automobiles est profondément intégrée à la technologie intelligente.La perception en temps réel de l'état du soudage laser de la carrosserie automobile et le contrôle par retour d'information des paramètres du 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.Au pays et à l'étranger, la recherche sur la détection des défauts de soudage et le contrôle adaptatif des paramètres en est encore à ses débuts, 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, compte tenu des caractéristiques d'application de la technologie de soudage au laser dans le processus de soudage de carrosseries automobiles, un système de détection intelligent pour le soudage au laser avec des multi-capteurs avancés comme noyau et un système de contrôle de robot de soudage à grande vitesse et de haute précision devraient être développé à l'avenir pour garantir le temps réel et la précision de tous les aspects de la technologie de soudage laser intelligente.Ouvrez le lien « Planification de la trajectoire de pré-soudage – contrôle adaptatif des paramètres de la détection en ligne de la qualité du soudage après le soudage » pour garantir un traitement efficace et de haute qualité.
Heure de publication : 16 octobre 2023