שמונה תהליכי ריתוך בלייזר בייצור גוף רכב

מבוא

מכיוון שגוף הרכב הוא המוביל של חלקים אחרים של הרכב, טכנולוגיית הייצור שלו קובעת ישירות את איכות הייצור הכוללת של הרכב.ריתוך הוא תהליך ייצור חשוב בתהליך ייצור מרכבי רכב.כיום, טכנולוגיות הריתוך המשמשות לריתוך גוף רכב כוללות בעיקר ריתוך נקודתי התנגדות, ריתוך MIG, ריתוך MAG וריתוך לייזר.

לטכנולוגיית ריתוך לייזר כטכנולוגיית ריתוך אינטגרציה אופטו-אלקטרו-מכנית מתקדמת, בהשוואה לטכנולוגיית ריתוך מרכבי רכב מסורתית, יש יתרונות של צפיפות אנרגיה גבוהה, מהירות ריתוך מהירה, מתח ועיוות ריתוך קטן וגמישות טובה.

מבנה גוף הרכב מורכב, ומרכיביו הם בעיקר דקים ומעוקלים.ריתוך גוף רכב מתמודד עם כמה קשיים, כגון שינויים בחומר הגוף, עובי שונה של חלקי גוף, מסלול ריתוך מגוון וצורות מפרקים.בנוסף, לריתוך גוף רכב יש דרישות גבוהות על איכות הריתוך ויעילות הריתוך.

בהתבסס על פרמטרי תהליך הריתוך המתאימים, ריתוך לייזר יכול להבטיח את חוזק העייפות הגבוה וקשיחות ההשפעה של מרכיבי המפתח של גוף המכונית, על מנת להבטיח את איכות הריתוך וחיי השירות של גוף המכונית.טכנולוגיית ריתוך בלייזר יכולה להתאים לצורות שונות של מפרקים, לעוביים שונים ולסוגי חומר שונים של ריתוך חלקי גוף לרכב, כדי לענות על הצרכים הגמישים של ייצור מרכבי רכב.לכן, טכנולוגיית ריתוך לייזר היא אמצעי טכני חשוב להשגת פיתוח באיכות גבוהה של תעשיית הרכב.

טכנולוגיית ריתוך לייזר של גוף רכב

טכנולוגיית ריתוך חדירה עמוקה בלייזר של גוף רכב

העיקרון של תהליך ריתוך חדירה עמוקה בלייזר (איור 1) הוא כדלקמן: כאשר צפיפות כוח הלייזר מגיעה לרמה מסוימת, פני החומר מתאדים ויוצרים חור מפתח.כאשר לחץ אדי המתכת בחור מגיע לאיזון דינמי עם הלחץ הסטטי ומתח הפנים של הנוזל שמסביב, ניתן להקרין את הלייזר לתחתית החור דרך חור המנעול, ועם תנועת קרן הלייזר, רצוף נוצר ריתוך.במהלך תהליך ריתוך חדירה עמוקה בלייזר, אין צורך להוסיף שטף עזר או חומר מילוי, וניתן לרתך את החומרים של חומר העבודה.

              תאנה.1 תרשים סכמטי של תהליך ריתוך חדירה עמוקה בלייזר

הריתוך המתקבל על ידי ריתוך חדירה עמוקה בלייזר הוא בדרך כלל חלק וישר, והדפורמציה קטנה, מה שמסייע לשיפור דיוק הייצור של גוף הרכב.חוזק המתיחה הגבוה של הריתוך מבטיח את איכות הריתוך של גוף הרכב.מהירות הריתוך מהירה, מה שמסייע לשיפור יעילות ייצור הריתוך.

בתהליך של ריתוך גוף רכב, השימוש בתהליך ריתוך חדירה עמוקה בלייזר יכול להפחית במידה ניכרת את מספר החלקים, התבניות וכלי הריתוך, ובכך להפחית את משקל הגוף ואת עלויות הייצור.עם זאת, לתהליך ריתוך חדירה עמוקה בלייזר יש סבילות ירודה לפער ההרכבה של החלקים המרותכים, ויש לשלוט על פער ההרכבה בין 0.05 ל-2 מ"מ.אם מרווח ההרכבה גדול מדי, יתרחשו ליקויי ריתוך כגון נקבוביות.

המחקר הנוכחי מראה שניתן להשיג את הריתוך עם יצירת פני שטח טובה, פחות פגמים פנימיים ותכונות מכניות מצוינות על ידי אופטימיזציה של פרמטרי התהליך של ריתוך חדירה עמוקה בלייזר בריתוך של אותו חומר של גוף רכב.התכונות המכניות המצוינות של הריתוך יכולות לענות על הצרכים של רכיבי הריתוך של גוף הרכב.עם זאת, בריתוך מרכבי רכב, טכנולוגיית ריתוך חדירה עמוקה בלייזר מתכת השונה המיוצגת על ידי סגסוגת אלומיניום ופלדה אינה בשלה.למרות שניתן להשיג תפרי ריתוך עם ביצועים מצוינים על ידי הוספת שכבות מעבר, מנגנון ההשפעה של חומרי שכבת מעבר שונים על שכבת IMC ומנגנון הפעולה שלהם על מיקרו מבנה ריתוך אינם ברורים, ויש צורך במחקר נוסף.

תהליך ריתוך מילוי חוטי לייזר לגוף רכב

העיקרון של תהליך ריתוך חוטי מילוי בלייזר הוא כדלקמן: מפרק מרותך נוצר על ידי מילוי מראש של חוט ריתוך ספציפי ברתוך או הזנת חוט הריתוך בו זמנית במהלך תהליך ריתוך הלייזר.זה שווה ערך להזנת חומר חוטי ריתוך הומוגני לבריכת הריתוך במהלך ריתוך חדירה עמוקה בלייזר.התרשים הסכמטי של תהליך ריתוך חוטי מילוי הלייזר מוצג באיור 2.

תאנה.2 דיאגרמה סכמטית של תהליך ריתוך מילוי חוטי לייזר

בהשוואה לריתוך חדירה עמוקה בלייזר, לריתוך מילוי חוטי לייזר יש שני יתרונות בריתוך גוף אוטומטי: ראשית, זה יכול לשפר מאוד את הסובלנות של פער ההרכבה בין חלקי גוף הרכב שיש לרתך, ולפתור את הבעיה שריתוך חדירה עמוקה בלייזר דורש יותר מדי פינוי חריצים;שנית, ניתן לשפר את פיזור הרקמות של אזור הריתוך על ידי שימוש בחוטי ריתוך בעלי תכולת הרכב שונה, ולאחר מכן ניתן לווסת את ביצועי הריתוך.

בתהליך של ייצור גוף רכב, תהליך ריתוך מילוי חוטי לייזר משמש בעיקר לריתוך סגסוגת אלומיניום וחלקי פלדה בגוף.במיוחד בתהליך הריתוך של חלקי סגסוגת אלומיניום של גוף רכב, מתח הפנים של הבריכה המותכת הוא קטן, מה שקל להוביל לקריסה של הבריכה המותכת, ותהליך ריתוך מילוי חוטי הלייזר יכול לפתור טוב יותר את בעיית קריסת הבריכה המותכת על ידי המסת חוט הריתוך.

טכנולוגיית הלחמת לייזר של גוף רכב

העיקרון של תהליך הלחמה בלייזר הוא כדלקמן: הלייזר משמש כמקור חום, קרן הלייזר מוארת על פני חוט הריתוך לאחר מיקוד, חוט הריתוך נמס, החוט המומס נופל ומתמלא בין חלקים שיש לרתך, והשפעות מתכות כגון התכה ודיפוזיה מתרחשות בין מתכת המילוי לחומר העבודה, כך שחומר העבודה מחובר.בניגוד לתהליך ריתוך מילוי חוטי לייזר, תהליך הלחמת הלייזר רק ממיס את החוט ואינו ממיס את חומר העבודה שיש לרתך.להלחמת לייזר יש יציבות ריתוך טובה, אך חוזק המתיחה של הריתוך נמוך.תאנה.3 מציג את היישום של תהליך הלחמת לייזר בריתוך מכסה תא מטען לרכב.

תאנה.3 יישום הלחמת לייזר ברכב: (א) ריתוך לייזר של מכסה מנוע אחורי;(ב) תרשים סכמטי של הלחמת לייזר

בתהליך של ריתוך גוף רכב, תהליך הלחמת לייזר הוא בעיקר ריתוך חלקי הגוף עם דרישות חוזק מפרקים נמוכות, כגון הריתוך בין המכסה העליון לדופן הצד של הגוף, הריתוך בין החלק העליון והתחתון של תא המטען. כיסוי וכו', פולקסווגן, אאודי ודגמים יוקרתיים אחרים של הכיסוי העליון משתמשים בתהליך הלחמה בלייזר.

הפגמים העיקריים בתפר ריתוך הלחמת לייזר של גוף רכב כוללים עקיצת קצה, נקבוביות, עיוות ריתוך וכו'. ניתן לדכא את הפגמים כמובן על ידי התאמת פרמטרי תהליך ושימוש בתהליך הלחמת לייזר רב-מוקד.

טכנולוגיית ריתוך מרוכבת קשת לייזר של גוף רכב

העיקרון של תהליך ריתוך מרוכב בלייזר-קשת הוא כדלקמן: שימוש בשני מקורות חום של לייזר וקשת כדי לפעול על פני השטח של חומר העבודה המיועד לריתוך בו זמנית, חומר העבודה נמס ומתמצק ליצירת ריתוך.איור 4 מציג את הדיאגרמה הסכמטית של תהליך ריתוך מרוכב בלייזר-קשת.

תאנה.4 דיאגרמה סכמטית של תהליך ריתוך מרוכב בלייזר-קשת

לריתוך מרוכב בלייזר-קשת יש את היתרונות של ריתוך לייזר וגם ריתוך קשת: ראשית, בפעולה של מקורות חום כפולים, מהירות הריתוך משתפרת, כניסת החום קטנה, עיוות הריתוך קטן והמאפיינים של ריתוך בלייזר נשמרים;שנית, יש לו יכולת גישור טובה יותר וסובלנות רבה יותר של פערי הרכבה;שלישית, קצב ההתמצקות של הבריכה המותכת הוא איטי, דבר המסייע לביטול פגמי ריתוך כגון נקבוביות וסדקים, ולשיפור המבנה והביצועים של האזור המושפע מהחום.רביעית, בשל השפעת הקשת, הוא יכול לרתך חומרים בעלי רפלקטיביות גבוהה ומוליכות תרמית גבוהה, ומגוון חומרי היישום רחב יותר.

בתהליך ייצור מרכבי רכב, תהליך הריתוך המרוכב בלייזר-קשת הוא בעיקר ריתוך רכיבי סגסוגת אלומיניום של הגוף ומתכות אלומיניום-פלדה שונות, והריתוך מתבצע עבור חלקים עם פערי הרכבה גדולים, כגון ריתוך של חלקים של דלת המכונית, כי פער ההרכבה תורם למשחק של ביצועי הגשר של ריתוך מרוכב בקשת לייזר.בנוסף, טכנולוגיית ריתוך מרוכבת קשת לייזר-MIG מיושמת גם על מיקום האלומה העליונה בצד של מרכב אאודי.

בתהליך של ריתוך גוף רכב, לריתוך מרוכב בלייזר-קשת יש יתרון של סובלנות גדולה יותר לפערים מאשר ריתוך לייזר בודד, אך יש לשקול באופן מקיף את המיקום היחסי של לייזר וקשת, פרמטרים של ריתוך לייזר, פרמטרים בקשת וגורמים אחרים.התנהגות העברת החום והמסה בריתוך לייזר-קשת היא מורכבת, במיוחד המנגנון של ויסות אנרגיה וויסות עובי ומבנה IMC בריתוך חומרים לא דומים עדיין לא ברור, ויש צורך במחקר נוסף.

תהליכי ריתוך לייזר לגוף רכב אחרים

ריתוך חדירה עמוקה בלייזר, ריתוך מילוי חוטי לייזר, הלחמת לייזר וריתוך מרוכב בלייזר-קשת ותהליכי ריתוך אחרים היו תיאוריה בוגרת יותר ויישומים מעשיים נרחבים.עם שיפור הדרישות של תעשיית הרכב ליעילות ריתוך הגוף והעלייה בביקוש לריתוך חומרים שונים בייצור רכב קל משקל, ריתוך נקודתי בלייזר, ריתוך נדנדה בלייזר, ריתוך קרן רב לייזר וריתוך טיסה בלייזר ל.

תהליך ריתוך נקודתי בלייזר 

ריתוך נקודתי בלייזר היא טכנולוגיית ריתוך לייזר מתקדמת, בעלת היתרונות של מהירות ריתוך מהירה ודיוק ריתוך גבוה.העיקרון הבסיסי של ריתוך נקודתי בלייזר הוא למקד את קרן הלייזר לנקודה מסוימת בחלק המיועד לריתוך, כך שהמתכת בנקודה תימס באופן מיידי, על ידי התאמת צפיפות הלייזר להשגת ריתוך הולכה תרמית או אפקט ריתוך היתוך עמוק. , כאשר קרן הלייזר מפסיקה לפעול, המתכת הנוזלית זורמת מחדש, מתמצקת ליצירת מפרק.

קיימות שתי צורות עיקריות של ריתוך נקודתי בלייזר: ריתוך נקודתי לייזר דופק וריתוך נקודתי לייזר מתמשך.אנרגיית שיא קרן הלייזר לריתוך נקודתי בלייזר פועם הוא גבוה, אך זמן הפעולה קצר, משמש בדרך כלל לריתוך סגסוגת מגנזיום, סגסוגת אלומיניום וריתוך מתכות קלות אחרות.ההספק הממוצע של קרן הלייזר בריתוך נקודתי לייזר מתמשך הוא גבוה, זמן פעולת הלייזר ארוך, והוא נמצא בשימוש נרחב בריתוך פלדה.

במונחים של ריתוך גוף רכב, בהשוואה לריתוך נקודתי התנגדות, לריתוך נקודתי בלייזר יש את היתרונות של ללא מגע, ניתן לעצב מסלול ריתוך נקודתי באופן עצמאי וכו', שיכול לעמוד בדרישות של ריתוך באיכות גבוהה תחת מרווחי הברכיים שונים של חומרי גוף לרכב.

תהליך ריתוך סווינג בלייזר

ריתוך נדנדה בלייזר היא טכנולוגיית ריתוך לייזר חדשה שהוצעה בשנים האחרונות, אשר מודאגות רבות.העיקרון של טכנולוגיה זו הוא: על ידי שילוב קבוצת גלוונומטר על ראש ריתוך הלייזר, קרן הלייזר היא מהירה, מסודרת ובטווח קטן, על מנת להשיג את האפקט של קרן הלייזר הנעה קדימה תוך כדי ערבוב.

מסלולי התנופה העיקריים בתהליך ריתוך תנופה בלייזר כוללים תנופה רוחבית, נדנדה אורכית, נדנדה מעגלית ותנופה אינסופית.לתהליך ריתוך תנופת הלייזר יש יתרונות משמעותיים בריתוך של גוף רכב.תחת פעולת תנופת קרן הלייזר, מצב הזרימה של הבריכה המותכת משתנה באופן משמעותי.לכן, התהליך לא רק יכול לחסל את הפגם הלא-מאוזך, להשיג עידון גרגרים ולדכא את הנקבוביות בריתוך של אותו חומר גוף רכב.בנוסף, זה יכול גם לשפר את הבעיות כמו ערבוב לא מספיק של חומרים שונים ותכונות מכניות גרועות של ריתוכים בריתוך של חומרים הטרוגניים של גוף רכב.

 תהליך ריתוך קרני לייזר רב

כיום, ניתן לחלק את לייזר הסיבים האופטיים למספר קרני לייזר על ידי מודול מפצל המותקן בראש הריתוך.ריתוך קרן רב-לייזר שווה ערך להפעלת מספר מקורות חום בתהליך הריתוך, על ידי התאמת חלוקת האנרגיה של הקרן, אלומות שונות יכולות להשיג פונקציות שונות, כגון: הקרן בעלת צפיפות האנרגיה הגבוהה יותר היא הקרן הראשית, האחראית לעומק ריתוך חדירה;צפיפות האנרגיה הנמוכה יותר של הקרן יכולה לנקות ולחמם מראש את פני החומר, ולהגביר את קליטת אנרגיית קרן הלייזר על ידי החומר.

חומר פלדה מגולוון בעל חוזק גבוה נמצא בשימוש נרחב בגוף רכב.טכנולוגיית ריתוך קרן רב-לייזר יכולה לשפר את התנהגות האידוי של אדי אבץ ואת ההתנהגות הדינמית של בריכה מותכת בתהליך הריתוך של לוח פלדה מגולוונת, לשפר את בעיית הקפיצה ולשפר את חוזק המתיחה של הריתוך.

 תהליך ריתוך טיסה בלייזר

טכנולוגיית ריתוך הטיסה בלייזר היא טכנולוגיית ריתוך לייזר חדשה, בעלת יעילות ריתוך גבוהה וניתנת לתכנון עצמאי.העיקרון הבסיסי של ריתוך טיסה בלייזר הוא שכאשר קרן הלייזר תקועה במראות X ו-Y של מראת הסריקה, זווית המראה נשלטת על ידי תכנות עצמאי כדי להשיג את הסטייה של קרן הלייזר בכל זווית.

ריתוך הלייזר המסורתי של גוף רכב מסתמך בעיקר על תנועה סינכרונית של ראש ריתוך לייזר המונע על ידי רובוט ריתוך כדי להשיג אפקט ריתוך.עם זאת, יעילות הריתוך של גוף רכב מוגבלת מאוד על ידי תנועה הדדית החוזרת ונשנית של רובוט ריתוך בשל מספר רב של ריתוכים ואורך ארוך של ריתוכים.לעומת זאת, ריתוך טיסה בלייזר צריך רק להתאים את זווית המראה כדי להשיג ריתוך בטווח מסוים.לכן, טכנולוגיית ריתוך טיסה בלייזר יכולה לשפר משמעותית את יעילות הריתוך ויש לה סיכויי יישום רחבים.

סיכום וסיכוי

עם התפתחות תעשיית הרכב, טכנולוגיית ריתוך הגוף העתידית תמשיך להתפתח בשני היבטים: תהליך ריתוך וטכנולוגיה חכמה.

גוף רכב, במיוחד מרכב רכב אנרגיה חדש, מתפתח בכיוון של קל משקל.סגסוגות קלות משקל, חומרים מרוכבים וחומרים שונים יהיו בשימוש נרחב יותר במרכבי רכב, תהליך ריתוך לייזר קונבנציונלי קשה לעמוד בדרישות הריתוך שלו, ולכן תהליך ריתוך איכותי ויעיל יהפוך למגמת הפיתוח העתידית.

בשנים האחרונות, תהליכי ריתוך לייזר מתפתחים, כגון ריתוך נדנדה בלייזר, ריתוך קרן רב-לייזר, ריתוך טיסות בלייזר וכו', היו מחקר תיאורטי ראשוני וחקר תהליכים במונחים של איכות הריתוך ויעילות הריתוך.בעתיד, יש צורך לשלב מקרוב את תהליך ריתוך הלייזר המתהווה עם חומרים קלים וחומרים לא דומים לסצנות ריתוך של גוף רכב, לבצע מחקר מעמיק על עיצוב מסלול נדנוד קרן הלייזר, מנגנון הפעולה של אנרגיית קרן מרובת לייזר. ושיפור יעילות ריתוך הטיסה, וחקור תהליך ריתוך גוף קל משקל בוגר.

טכנולוגיית ריתוך הלייזר של גוף רכב משולבת באופן עמוק עם טכנולוגיה חכמה.התפיסה בזמן אמת של מצב ריתוך הלייזר של גוף הרכב ובקרת המשוב של פרמטרי תהליך ממלאים תפקיד מכריע באיכות הריתוך.טכנולוגיית ריתוך הלייזר החכמה הנוכחית משמשת בעיקר לתכנון מסלול טרום ריתוך ומעקב ובדיקת איכות לאחר הריתוך.בארץ ובחו"ל, המחקר על איתור פגמי ריתוך ובקרת פרמטרים אדפטיבית עדיין בשלב הראשוני, וטכנולוגיית הבקרה ההסתגלותית של תהליך ריתוך הלייזר לא יושמה בייצור מרכבי רכב.

לכן, לאור מאפייני היישום של טכנולוגיית ריתוך לייזר בתהליך ריתוך מרכבי רכב, יש להיות מערכת חישה חכמה לריתוך לייזר עם חיישנים מתקדמים כליבה ומערכת בקרת רובוט ריתוך במהירות גבוהה ובדיוק גבוה. שפותח בעתיד כדי להבטיח בזמן אמת ודיוק של כל ההיבטים של טכנולוגיית ריתוך לייזר אינטליגנטית.פתח את הקישור של "תכנון מסלול טרום ריתוך - בקרת פרמטר אדפטיבית של זיהוי מקוון של איכות ריתוך לאחר ריתוך" כדי להבטיח עיבוד איכותי ויעיל.