ثماني عمليات لحام بالليزر في تصنيع هياكل السيارات

مقدمة

وبما أن جسم السيارة هو الناقل لأجزاء أخرى من السيارة، فإن تكنولوجيا التصنيع الخاصة به تحدد بشكل مباشر جودة التصنيع الشاملة للمركبة.يعد اللحام عملية إنتاج مهمة في عملية تصنيع هياكل السيارات.في الوقت الحاضر، تشمل تقنيات اللحام المستخدمة في لحام هياكل السيارات بشكل أساسي اللحام النقطي بالمقاومة واللحام MIG واللحام MAG واللحام بالليزر.

تتميز تقنية اللحام بالليزر باعتبارها تقنية لحام متكاملة كهروميكانيكية بصرية متقدمة، مقارنة بتكنولوجيا لحام هياكل السيارات التقليدية، بمزايا كثافة الطاقة العالية، وسرعة اللحام السريعة، وإجهاد اللحام الصغير والتشوه، والمرونة الجيدة.

هيكل جسم السيارة معقد، ومكوناته رقيقة الجدران ومنحنية بشكل أساسي.يواجه لحام هياكل السيارات بعض الصعوبات، مثل التغيرات في مادة الجسم، واختلاف سمك أجزاء الجسم، ومسار اللحام المتنوع وأشكال المفاصل.وبالإضافة إلى ذلك، فإن لحام جسم السيارة لديه متطلبات عالية فيما يتعلق بجودة اللحام وكفاءة اللحام.

بناءً على معلمات عملية اللحام المناسبة، يمكن أن يضمن اللحام بالليزر قوة الكلال العالية وصلابة الصدمات للمكونات الرئيسية لجسم السيارة، وذلك لضمان جودة اللحام وعمر الخدمة لجسم السيارة.يمكن لتكنولوجيا اللحام بالليزر أن تتكيف مع أشكال المفاصل المختلفة، والسماكات المختلفة وأنواع المواد المختلفة لحام أجزاء جسم السيارة، لتلبية الاحتياجات المرنة لتصنيع هياكل السيارات.لذلك، تعد تكنولوجيا اللحام بالليزر وسيلة تقنية مهمة لتحقيق تطوير عالي الجودة لصناعة السيارات.

تكنولوجيا اللحام بالليزر لجسم السيارة

تكنولوجيا اللحام بالاختراق العميق بالليزر لجسم السيارة

مبدأ عملية اللحام بالاختراق العميق بالليزر (الشكل 1) هو كما يلي: عندما تصل كثافة طاقة الليزر إلى مستوى معين، يتبخر سطح المادة، ويشكل ثقب المفتاح.عندما يصل ضغط بخار المعدن في الحفرة إلى توازن ديناميكي مع الضغط الساكن والتوتر السطحي للسائل المحيط، يمكن تشعيع الليزر إلى أسفل الحفرة من خلال ثقب المفتاح، ومع حركة شعاع الليزر، يتم إشعاع مستمر يتم تشكيل اللحام.أثناء عملية اللحام باختراق عميق بالليزر، ليست هناك حاجة لإضافة تدفق مساعد أو حشو، ويمكن لحام المواد الخاصة بقطعة العمل معًا.

              تين.1 رسم تخطيطي لعملية اللحام بالاختراق العميق بالليزر

اللحام الذي تم الحصول عليه عن طريق اللحام بالاختراق العميق بالليزر يكون سلسًا ومستقيمًا بشكل عام، والتشوه صغير، مما يؤدي إلى تحسين دقة تصنيع جسم السيارة.تضمن قوة الشد العالية للحام جودة اللحام لجسم السيارة.سرعة اللحام سريعة، مما يساعد على تحسين كفاءة إنتاج اللحام.

في عملية لحام جسم السيارة، يمكن أن يؤدي استخدام عملية اللحام بالاختراق العميق بالليزر إلى تقليل عدد الأجزاء والقوالب وأدوات اللحام بشكل كبير، وبالتالي تقليل وزن الجسم وتكاليف الإنتاج.ومع ذلك، فإن عملية اللحام ذات الاختراق العميق بالليزر لديها تسامح ضعيف مع فجوة التجميع للأجزاء الملحومة، ويجب التحكم في فجوة التجميع بين 0.05 و 2 مم.إذا كانت فجوة التجميع كبيرة جدًا، فستحدث عيوب اللحام مثل المسام.

يوضح البحث الحالي أنه يمكن الحصول على لحام ذو تشكيل سطحي جيد وعيوب داخلية أقل وخصائص ميكانيكية ممتازة من خلال تحسين معلمات عملية لحام الاختراق العميق بالليزر في لحام نفس مادة جسم السيارة.يمكن للخصائص الميكانيكية الممتازة للحام أن تلبي احتياجات مكونات اللحام في جسم السيارة.ومع ذلك، في لحام هياكل السيارات، فإن تكنولوجيا اللحام بالليزر المعدنية المتباينة التي تمثلها سبائك الألومنيوم والفولاذ ليست ناضجة.على الرغم من أنه يمكن الحصول على طبقات اللحام ذات الأداء الممتاز عن طريق إضافة طبقات انتقالية، إلا أن آلية تأثير مواد الطبقة الانتقالية المختلفة على طبقة IMC وآلية عملها على البنية المجهرية للحام ليست واضحة، وهناك حاجة إلى مزيد من البحث.

عملية لحام أسلاك جسم السيارة بالليزر

مبدأ عملية لحام سلك الحشو بالليزر هو كما يلي: يتم تشكيل الوصلة الملحومة عن طريق التعبئة المسبقة لسلك لحام محدد في اللحام أو تغذية سلك اللحام في وقت واحد أثناء عملية اللحام بالليزر.وهذا يعادل إدخال مادة سلك اللحام المتجانسة تقريبًا في حوض اللحام أثناء اللحام باختراق عميق بالليزر.يظهر الرسم التخطيطي لعملية لحام سلك حشو الليزر في الشكل 2.

تين.2 رسم تخطيطي لعملية لحام سلك الليزر

بالمقارنة مع لحام الاختراق العميق بالليزر، فإن لحام حشو الأسلاك بالليزر له ميزتان في لحام هياكل السيارات: أولاً، يمكنه تحسين التسامح بشكل كبير مع فجوة التجميع بين أجزاء جسم السيارة المراد لحامها، وحل مشكلة لحام الاختراق العميق بالليزر يتطلب الكثير من إزالة الأخدود.ثانيًا، يمكن تحسين توزيع الأنسجة في منطقة اللحام باستخدام أسلاك اللحام بمحتويات تركيبية مختلفة، ومن ثم يمكن تنظيم أداء اللحام.

في عملية تصنيع هياكل السيارات، يتم استخدام عملية لحام تعبئة الأسلاك بالليزر بشكل رئيسي في لحام سبائك الألومنيوم والأجزاء الفولاذية من الجسم.خاصة في عملية لحام أجزاء سبائك الألومنيوم في جسم السيارة، يكون التوتر السطحي لحوض السباحة المنصهر صغيرًا، وهو ما يؤدي بسهولة إلى انهيار حمام السباحة المنصهر، ويمكن لعملية لحام ملء الأسلاك بالليزر أن تحل مشكلة انهيار حمام السباحة المنصهر بشكل أفضل عن طريق ذوبان سلك اللحام.

تكنولوجيا اللحام بالليزر لجسم السيارة

مبدأ عملية اللحام بالليزر هو كما يلي: يتم استخدام الليزر كمصدر للحرارة، ويتم إضاءة شعاع الليزر على سطح سلك اللحام بعد تركيزه، ويتم صهر سلك اللحام، ويسقط السلك المنصهر ويتم ملؤه بين الأجزاء المراد لحامها، وتحدث تأثيرات معدنية مثل الذوبان والانتشار بين معدن الحشو وقطعة الشغل، بحيث يتم توصيل قطعة الشغل.على عكس عملية اللحام بملء الأسلاك بالليزر، فإن عملية اللحام بالليزر تعمل فقط على إذابة السلك ولا تذيب قطعة العمل المراد لحامها.يتمتع اللحام بالليزر بثبات لحام جيد، لكن قوة شد اللحام منخفضة.تين.يوضح الشكل 3 تطبيق عملية اللحام بالليزر في لحام غطاء صندوق السيارة.

تين.3 تطبيق اللحام بالليزر في السيارات: (أ) اللحام بالليزر للغطاء الخلفي؛( ب ) رسم تخطيطي للنحاس بالليزر

في عملية لحام جسم السيارة، تتمثل عملية اللحام بالليزر بشكل أساسي في لحام أجزاء الجسم ذات متطلبات قوة المفاصل المنخفضة، مثل اللحام بين الغطاء العلوي والجدار الجانبي للجسم، واللحام بين الأجزاء العلوية والسفلية من صندوق السيارة الغطاء، وما إلى ذلك، تستخدم فولكس فاجن وأودي وغيرها من الموديلات الراقية للغطاء العلوي عملية اللحام بالليزر.

تشمل العيوب الرئيسية في وصلات اللحام بالليزر لجسم السيارة قضم الحافة، والمسامية، وتشوه اللحام، وما إلى ذلك. ويمكن قمع العيوب بشكل واضح عن طريق ضبط معلمات العملية واستخدام عملية اللحام بالليزر متعددة التركيز.

تكنولوجيا اللحام المركب بقوس الليزر لجسم السيارة

مبدأ عملية اللحام المركب بقوس الليزر هو كما يلي: باستخدام مصدرين للحرارة من الليزر والقوس للعمل على سطح قطعة العمل المراد لحامها في نفس الوقت، يتم صهر قطعة العمل وتصلبها لتشكيل لحام.يوضح الشكل 4 الرسم التخطيطي لعملية اللحام المركب بقوس الليزر.

تين.4 رسم تخطيطي لعملية اللحام المركب بقوس الليزر

يتميز اللحام المركب بقوس الليزر بمزايا كل من اللحام بالليزر واللحام القوسي: أولاً، تحت تأثير مصادر الحرارة المزدوجة، يتم تحسين سرعة اللحام، ويكون مدخل الحرارة صغيرًا، وتشوه اللحام صغيرًا، وخصائص اللحام بالليزر يتم الاحتفاظ؛ثانيًا، لديها قدرة أفضل على سد الفجوة وتحمل أكبر لفجوة التجميع؛ثالثًا، يكون معدل التصلب للمسبح المنصهر بطيئًا، مما يساعد على إزالة عيوب اللحام مثل المسام والشقوق، وتحسين هيكل وأداء المنطقة المتضررة بالحرارة.رابعا، بسبب تأثير القوس، يمكنه لحام المواد ذات الانعكاسية العالية والموصلية الحرارية العالية، ويكون نطاق مواد التطبيق أوسع.

في عملية تصنيع هياكل السيارات، تهدف عملية اللحام المركب بقوس الليزر بشكل أساسي إلى لحام مكونات سبائك الألومنيوم في الجسم والمعادن المتباينة من الألومنيوم والصلب، ويتم إجراء اللحام للأجزاء ذات فجوات التجميع الكبيرة، مثل لحام أجزاء من باب السيارة، لأن فجوة التجميع تساعد على تشغيل أداء الجسر للحام المركب بقوس الليزر.بالإضافة إلى ذلك، يتم أيضًا تطبيق تقنية اللحام المركب بالليزر MIG على موضع الشعاع العلوي الجانبي لجسم أودي.

في عملية لحام جسم السيارة، يتمتع اللحام المركب بقوس الليزر بميزة تحمل الفجوة بشكل أكبر من اللحام بالليزر الفردي، ولكن يجب مراعاة الموضع النسبي لليزر والقوس ومعلمات اللحام بالليزر ومعلمات القوس وعوامل أخرى بشكل شامل.يعد سلوك نقل الحرارة والكتلة في اللحام بقوس الليزر معقدًا، خاصة أن آلية تنظيم الطاقة وسمك IMC وتنظيم الهيكل في لحام المواد المتباينة لا تزال غير واضحة، وهناك حاجة إلى مزيد من البحث.

عمليات اللحام بالليزر لجسم السيارات الأخرى

لقد كان اللحام بالليزر للاختراق العميق، واللحام بملء الأسلاك بالليزر، واللحام بالليزر واللحام المركب بقوس الليزر وعمليات اللحام الأخرى نظرية أكثر نضجًا وتطبيقات عملية واسعة النطاق.مع تحسن متطلبات صناعة السيارات من كفاءة لحام الجسم وزيادة الطلب على لحام المواد المتباينة في صناعة السيارات خفيفة الوزن، تم الاهتمام باللحام البقعي بالليزر واللحام المتأرجح بالليزر واللحام بأشعة الليزر المتعددة ولحام الطيران بالليزر. ل.

عملية اللحام البقعي بالليزر 

اللحام البقعي بالليزر هو تقنية لحام ليزر متقدمة تتميز بمزايا سرعة اللحام السريعة ودقة اللحام العالية.المبدأ الأساسي للحام البقع بالليزر هو تركيز شعاع الليزر على نقطة معينة على الجزء المراد لحامه، بحيث يتم ذوبان المعدن عند النقطة على الفور، عن طريق ضبط كثافة الليزر لتحقيق لحام التوصيل الحراري أو تأثير اللحام بالانصهار العميق. ، عندما يتوقف شعاع الليزر عن العمل، يتراجع تدفق المعدن السائل، ويتصلب ليشكل مفصلاً.

هناك شكلان رئيسيان للحام البقع بالليزر: اللحام البقعي بالليزر النبضي واللحام البقعي بالليزر المستمر.لحام البقعة بالليزر النبضي طاقة الذروة لشعاع الليزر عالية، ولكن وقت العمل قصير، ويستخدم بشكل عام في لحام سبائك المغنيسيوم وسبائك الألومنيوم وغيرها من المعادن الخفيفة.متوسط ​​قوة شعاع الليزر في لحام البقعة بالليزر المستمر مرتفع، ووقت عمل الليزر طويل، ويستخدم على نطاق واسع في لحام الفولاذ.

فيما يتعلق بلحام جسم السيارة، بالمقارنة مع اللحام النقطي بالمقاومة، يتميز اللحام النقطي بالليزر بمزايا عدم الاتصال، ويمكن تصميم مسار اللحام النقطي بشكل مستقل، وما إلى ذلك، والذي يمكن أن يلبي متطلبات اللحام عالي الجودة تحت فجوات مختلفة من اللفة مواد جسم السيارة.

عملية اللحام المتأرجح بالليزر

اللحام المتأرجح بالليزر هو تقنية لحام بالليزر جديدة تم اقتراحها في السنوات الأخيرة، والتي كانت موضع اهتمام على نطاق واسع.مبدأ هذه التقنية هو: من خلال دمج مجموعة الجلفانومتر على رأس اللحام بالليزر، يكون شعاع الليزر سريعًا ومنظمًا وفي نطاق صغير، وذلك لتحقيق تأثير شعاع الليزر الذي يتحرك للأمام أثناء التحريك.

تشمل مسارات التأرجح الرئيسية في عملية اللحام بالتأرجح بالليزر التأرجح العرضي، والتأرجح الطولي، والتأرجح الدائري، والتأرجح اللانهائي.تتمتع عملية اللحام المتأرجح بالليزر بمزايا كبيرة في لحام جسم السيارة.تحت تأثير تأرجح شعاع الليزر، تتغير حالة تدفق البركة المنصهرة بشكل كبير.ولذلك، فإن العملية لا يمكنها فقط إزالة العيب غير المصهر، وتحقيق صقل الحبوب وقمع المسامية في لحام نفس مادة جسم السيارة.بالإضافة إلى ذلك، فإنه يمكن أيضًا تحسين المشكلات مثل الخلط غير الكافي للمواد المختلفة والخصائص الميكانيكية الضعيفة للحامات في لحام المواد غير المتجانسة لجسم السيارة.

 عملية اللحام بأشعة الليزر المتعددة

في الوقت الحاضر، يمكن تقسيم ليزر الألياف الضوئية إلى أشعة ليزر متعددة بواسطة وحدة تقسيم مثبتة في رأس اللحام.اللحام بأشعة الليزر المتعددة يعادل تطبيق مصادر حرارة متعددة في عملية اللحام، من خلال ضبط توزيع الطاقة للشعاع، يمكن للحزم المختلفة تحقيق وظائف مختلفة، مثل: الشعاع ذو كثافة الطاقة الأعلى هو الشعاع الرئيسي، المسؤول عن العمق لحام الاختراقيمكن لكثافة الطاقة المنخفضة للشعاع تنظيف سطح المادة وتسخينه مسبقًا، وزيادة امتصاص طاقة شعاع الليزر بواسطة المادة.

يتم استخدام المواد الفولاذية المجلفنة عالية القوة على نطاق واسع في هياكل السيارات.يمكن لتكنولوجيا اللحام بشعاع الليزر المتعدد أن تحسن سلوك التبخر لبخار الزنك والسلوك الديناميكي لحوض السباحة المنصهر في عملية اللحام للوحة الفولاذ المجلفنة، وتحسين مشكلة الاخرق، وتعزيز قوة الشد للحام.

 عملية لحام الطيران بالليزر

تقنية اللحام بالليزر هي تقنية لحام ليزر جديدة تتمتع بكفاءة لحام عالية ويمكن تصميمها بشكل مستقل.المبدأ الأساسي لحام الطيران بالليزر هو أنه عندما يسقط شعاع الليزر على المرايا X و Y لمرآة المسح، يتم التحكم في زاوية المرآة عن طريق برمجة مستقلة لتحقيق انحراف شعاع الليزر في أي زاوية.

يعتمد اللحام بالليزر التقليدي لجسم السيارة بشكل أساسي على الحركة المتزامنة لرأس اللحام بالليزر الذي يقوده روبوت اللحام لتحقيق تأثير اللحام.ومع ذلك، فإن كفاءة اللحام لجسم السيارة محدودة للغاية بسبب الحركة الترددية المتكررة لروبوت اللحام بسبب العدد الكبير من اللحامات وطول اللحامات.في المقابل، يحتاج لحام الطيران بالليزر فقط إلى ضبط زاوية المرآة لتحقيق اللحام ضمن نطاق معين.لذلك، يمكن لتكنولوجيا اللحام بالليزر أن تحسن بشكل كبير كفاءة اللحام ولها آفاق تطبيق واسعة.

ملخص واحتمال

مع تطور صناعة السيارات، ستستمر تكنولوجيا لحام الجسم المستقبلية في التطور في جانبين: عملية اللحام والتكنولوجيا الذكية.

جسم السيارة، وخاصة جسم سيارة الطاقة الجديدة، يتطور في اتجاه الوزن الخفيف.سيتم استخدام السبائك خفيفة الوزن والمواد المركبة والمواد المختلفة على نطاق واسع في هياكل السيارات، ومن الصعب تلبية عملية اللحام بالليزر التقليدية لمتطلبات اللحام الخاصة بها، لذلك ستصبح عملية اللحام عالية الجودة والفعالة اتجاه التطوير المستقبلي.

في السنوات الأخيرة، كانت عمليات اللحام بالليزر الناشئة، مثل اللحام المتأرجح بالليزر، واللحام بأشعة الليزر المتعددة، واللحام بالليزر، وما إلى ذلك، بمثابة بحث نظري أولي واستكشاف للعملية من حيث جودة اللحام وكفاءة اللحام.في المستقبل، من الضروري الجمع بشكل وثيق بين عملية اللحام بالليزر الناشئة ومشاهد لحام المواد خفيفة الوزن والمواد المتباينة لجسم السيارة، وإجراء بحث متعمق حول تصميم مسار تأرجح شعاع الليزر، وآلية عمل طاقة شعاع الليزر المتعددة وتحسين كفاءة لحام الطيران، واستكشاف عملية لحام جسم السيارة خفيفة الوزن.

تم دمج تقنية اللحام بالليزر لجسم السيارة بشكل عميق مع التكنولوجيا الذكية.يلعب الإدراك الفوري لحالة اللحام بالليزر لجسم السيارة والتحكم في ردود الفعل لمعلمات العملية دورًا حاسمًا في جودة اللحام.تُستخدم تقنية اللحام بالليزر الذكية الحالية في الغالب لتخطيط مسار ما قبل اللحام وتتبعه وفحص جودة ما بعد اللحام.في الداخل والخارج، لا يزال البحث عن اكتشاف عيوب اللحام والتحكم التكيفي للمعلمات في مرحلته الأولية، ولم يتم تطبيق تكنولوجيا التحكم التكيفي لمعلمات عملية اللحام بالليزر في تصنيع هياكل السيارات.

لذلك، في ضوء خصائص تطبيق تكنولوجيا اللحام بالليزر في عملية لحام هياكل السيارات، يجب أن يكون هناك نظام استشعار ذكي للحام بالليزر مع أجهزة استشعار متعددة متقدمة كنواة ونظام تحكم روبوت لحام عالي السرعة وعالي الدقة. تم تطويره في المستقبل لضمان الوقت الحقيقي والدقة لجميع جوانب تكنولوجيا اللحام بالليزر الذكية.افتح رابط "تخطيط مسار ما قبل اللحام - التحكم التكيفي للمعلمات في الكشف عبر الإنترنت عن جودة اللحام بعد اللحام" لضمان معالجة عالية الجودة وفعالة.