Là bộ phận chịu lực của các bộ phận khác trên xe, công nghệ sản xuất thân xe quyết định trực tiếp chất lượng tổng thể của xe. Trong quá trình sản xuất thân xe, hàn là một công đoạn sản xuất quan trọng. Các công nghệ hàn hiện đang được sử dụng trong hàn thân xe chủ yếu bao gồm hàn điểm điện trở, hàn hồ quang bảo vệ bằng khí trơ nóng chảy (hàn MIG) và hàn hồ quang bảo vệ bằng khí hoạt tính nóng chảy (hàn MAG) cũng như hàn laser.
Là một công nghệ hàn tiên tiến tích hợp quang học-cơ khí, công nghệ hàn laser có những ưu điểm như mật độ năng lượng cao, tốc độ hàn nhanh, ứng suất và biến dạng hàn thấp, và tính linh hoạt tốt so với công nghệ hàn thân xe ô tô truyền thống.
Cấu trúc thân xe ô tô rất phức tạp, các bộ phận thân xe chủ yếu là các chi tiết thành mỏng và cong. Hàn thân xe ô tô gặp phải nhiều khó khăn như sự khác biệt về vật liệu thân xe, độ dày các bộ phận thân xe không đồng đều, quỹ đạo hàn và hình dạng mối hàn đa dạng. Ngoài ra, hàn thân xe ô tô còn đòi hỏi cao về chất lượng và hiệu quả hàn.
Dựa trên các thông số quy trình hàn phù hợp, hàn laser có thể đảm bảo độ bền mỏi và độ dẻo dai va đập cao cho các bộ phận thân xe quan trọng khi hàn, từ đó đảm bảo chất lượng và tuổi thọ của mối hàn thân xe. Công nghệ hàn laser có thể thích ứng với việc hàn các bộ phận thân xe có hình dạng mối nối khác nhau, độ dày khác nhau và loại vật liệu khác nhau, đáp ứng nhu cầu linh hoạt trong sản xuất thân xe. Do đó, công nghệ hàn laser là một phương tiện kỹ thuật quan trọng để đạt được sự phát triển chất lượng cao của ngành công nghiệp ô tô.
Quy trình hàn laser cho thân xe ô tô
Nguyên lý của quá trình hàn nóng chảy sâu bằng laser: Khi mật độ công suất laser đạt đến một mức nhất định, bề mặt vật liệu sẽ bốc hơi, tạo thành một lỗ hình chìa khóa. Khi áp suất hơi kim loại bên trong lỗ đạt trạng thái cân bằng động với áp suất tĩnh và sức căng bề mặt của chất lỏng xung quanh, laser có thể chiếu xuyên qua lỗ hình chìa khóa xuống đáy lỗ, và với sự chuyển động của chùm tia laser, một mối hàn liên tục được hình thành. Trong quá trình hàn nóng chảy sâu bằng laser, không cần thêm chất trợ dung hoặc chất độn để hàn vật liệu của phôi thành một khối liền mạch.
Mối hàn thu được bằng phương pháp hàn laser nóng chảy sâu thường mịn, thẳng và ít biến dạng, giúp nâng cao độ chính xác gia công thân xe. Độ bền kéo của mối hàn cao, đảm bảo chất lượng hàn thân xe. Tốc độ hàn nhanh, góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất hàn.
Trong quy trình hàn thân xe ô tô, việc sử dụng phương pháp hàn laser nóng chảy sâu có thể giảm đáng kể số lượng chi tiết, khuôn mẫu và dụng cụ hàn, từ đó giảm trọng lượng chết của thân xe và chi phí sản xuất. Tuy nhiên, phương pháp hàn laser nóng chảy sâu có độ dung sai thấp hơn đối với khe hở lắp ráp của các chi tiết cần hàn, và khe hở lắp ráp cần được kiểm soát trong khoảng từ 0,05 đến 2 mm. Nếu khe hở lắp ráp quá lớn, sẽ xảy ra các khuyết tật hàn như rỗ khí.
Nghiên cứu hiện tại cho thấy rằng trong hàn thân xe ô tô cùng loại vật liệu, bằng cách tối ưu hóa các thông số quy trình hàn laser nóng chảy sâu, có thể thu được mối hàn có bề mặt tốt, ít khuyết tật bên trong và tính chất cơ học tuyệt vời. Tính chất cơ học tuyệt vời của mối hàn có thể đáp ứng các yêu cầu sử dụng của các bộ phận thân xe ô tô được hàn. Tuy nhiên, trong hàn thân xe ô tô, đối với hợp kim nhôm-thép, đại diện cho quy trình hàn laser nóng chảy sâu kim loại không đồng nhất, mặc dù việc thêm lớp chuyển tiếp có thể đạt được hiệu suất mối hàn tuyệt vời, nhưng cơ chế ảnh hưởng của các vật liệu lớp chuyển tiếp khác nhau lên lớp liên kim loại (IMC) và tác động của nó lên cấu trúc vi mô của mối hàn vẫn chưa rõ ràng, cần nghiên cứu sâu hơn.
Quy trình hàn laser toàn thân xe
Quá trình hàn đắp bằng laser dựa trên nguyên lý sau: Mối hàn được hình thành bằng cách đắp trước mối hàn bằng một loại dây hàn cụ thể hoặc bằng cách cấp dây đồng thời trong quá trình hàn laser. Điều này tương đương với việc cấp một lượng dây hàn gần như đồng nhất vào vũng hàn trong quá trình hàn nóng chảy sâu bằng laser. Sơ đồ bên dưới minh họa quá trình hàn đắp bằng laser.
So với hàn nóng chảy sâu bằng laser, hàn đắp bằng laser có hai ưu điểm trong hàn thân xe ô tô: thứ nhất, nó có thể cải thiện đáng kể dung sai khe hở lắp ráp giữa các bộ phận thân xe cần hàn và giải quyết vấn đề yêu cầu khe hở vát lớn đối với hàn nóng chảy sâu bằng laser; thứ hai, nó có thể cải thiện sự phân bố mô trong vùng hàn bằng cách sử dụng dây có hàm lượng thành phần khác nhau, từ đó điều chỉnh hiệu suất mối hàn.
Trong quy trình sản xuất thân xe ô tô, phương pháp hàn đắp bằng laser chủ yếu được sử dụng để hàn các bộ phận thân xe bằng hợp kim nhôm và thép. Đặc biệt trong quá trình hàn các bộ phận thân xe bằng hợp kim nhôm, sức căng bề mặt của vũng nóng chảy nhỏ, dễ dẫn đến sự sụp đổ của vũng nóng chảy, trong khi phương pháp hàn đắp bằng laser có thể giải quyết tốt hơn vấn đề sụp đổ vũng nóng chảy thông qua việc làm nóng chảy dây hàn trong quá trình hàn laser.
Quy trình hàn laser thân xe ô tô
Quá trình hàn laser dựa trên nguyên lý sau: Sử dụng laser làm nguồn nhiệt, chùm tia laser được hội tụ và chiếu lên bề mặt dây dẫn, dây dẫn nóng chảy, phần dây nóng chảy nhỏ giọt xuống và lấp đầy chi tiết cần hàn, và các hiệu ứng luyện kim như nóng chảy và khuếch tán xảy ra giữa vật liệu hàn và chi tiết cần hàn, từ đó nối liền chi tiết cần hàn. Khác với quá trình hàn đắp bằng laser, quá trình hàn laser chỉ làm nóng chảy dây dẫn chứ không làm nóng chảy chi tiết cần hàn. Hàn laser có độ ổn định mối hàn tốt, nhưng độ bền kéo của mối hàn thu được thấp. Hình 3 minh họa ứng dụng của quá trình hàn laser trong việc hàn nắp khoang hành lý ô tô.
Trong quy trình hàn thân xe ô tô, phương pháp hàn laser chủ yếu được sử dụng để hàn các bộ phận thân xe không yêu cầu độ bền mối nối cao, chẳng hạn như hàn giữa nắp trên và các tấm ốp bên, hàn giữa phần trên và phần dưới của nắp khoang hành lý, v.v. Nắp trên của các dòng xe VW, Audi và các dòng xe tầm trung và cao cấp khác đều sử dụng phương pháp hàn laser.
Các khuyết tật chính trong mối hàn laser của thân xe ô tô bao gồm mòn cạnh, rỗ khí, biến dạng mối hàn, v.v., và các khuyết tật này có thể được giảm thiểu đáng kể bằng cách điều chỉnh các thông số quy trình và sử dụng quy trình hàn laser đa tiêu điểm.
Quy trình hàn composite hồ quang laser thân xe ô tô
Nguyên lý của quá trình hàn composite laser-hồ quang như sau: hai nguồn nhiệt, laser và hồ quang, được sử dụng để tác động đồng thời lên bề mặt của vật cần hàn, khiến vật hàn nóng chảy và đông đặc lại để tạo thành đường hàn. Sơ đồ dưới đây minh họa quá trình hàn laser-hồ quang.
Hàn composite laser-hồ quang kết hợp những ưu điểm của hàn laser và hàn hồ quang: thứ nhất, dưới tác động của hai nguồn nhiệt, tốc độ hàn có thể được tăng lên, lượng nhiệt đầu vào giảm, biến dạng mối hàn nhỏ, vẫn duy trì được đặc tính của hàn laser; thứ hai, khả năng bắc cầu tốt hơn, dung sai khe hở lắp ráp lớn hơn; thứ ba, tốc độ đông đặc của vũng nóng chảy chậm hơn, giúp loại bỏ các lỗ rỗng, vết nứt và các khuyết tật hàn khác, cải thiện cấu trúc và hiệu suất của vùng ảnh hưởng nhiệt; thứ tư, nhờ có hồ quang, nó có thể hàn các vật liệu có độ phản xạ cao và độ dẫn nhiệt cao, với phạm vi vật liệu ứng dụng rộng hơn.
Trong quy trình sản xuất thân xe ô tô, phương pháp hàn composite laser-hồ quang chủ yếu được sử dụng để hàn các chi tiết hợp kim nhôm của thân xe và các kim loại khác loại như hợp kim nhôm - thép. Đối với các khe hở lắp ráp của các bộ phận lớn cần hàn, chẳng hạn như vị trí hàn của bộ phận cửa xe, điều này là do khe hở lắp ráp tạo điều kiện thuận lợi cho khả năng hàn nối composite laser-hồ quang. Ngoài ra, công nghệ hàn composite laser-MIG cũng được áp dụng cho vị trí dầm mái bên hông của thân xe Audi.
Trong quy trình hàn thân xe ô tô, hàn composite laser-hồ quang có ưu điểm là dung sai khe hở lớn hơn so với hàn laser đơn lẻ. Tuy nhiên, hàn composite laser-hồ quang đòi hỏi phải xem xét toàn diện vị trí tương đối của laser và hồ quang, các thông số hàn laser, thông số hồ quang và các yếu tố khác. Hành vi truyền nhiệt và truyền khối của quá trình hàn laser-hồ quang rất phức tạp, đặc biệt là việc điều chỉnh năng lượng khi hàn vật liệu không đồng nhất và cơ chế điều chỉnh độ dày và cấu trúc lớp liên kim loại (IMC) vẫn chưa rõ ràng và cần được nghiên cứu sâu hơn.
Các quy trình hàn laser thân xe ô tô khác
Hàn nóng chảy sâu bằng laser, hàn đắp bằng laser, hàn đồng bằng laser và hàn composite hồ quang laser cùng các quy trình hàn khác đã có lý thuyết hoàn thiện hơn và phạm vi ứng dụng thực tiễn rộng rãi. Khi yêu cầu về hiệu quả hàn thân xe trong ngành công nghiệp ô tô ngày càng tăng và nhu cầu hàn các vật liệu khác nhau trong sản xuất vật liệu nhẹ tăng lên, các phương pháp như hàn điểm bằng laser, hàn dao động bằng laser, hàn đa chùm tia laser và hàn laser bay đang thu hút sự chú ý.
Quy trình hàn điểm bằng laser
Hàn điểm laser là một công nghệ hàn laser tiên tiến với những ưu điểm vượt trội như tốc độ hàn nhanh và độ chính xác hàn cao. Nguyên lý cơ bản của hàn điểm laser là tập trung chùm tia laser vào một điểm trên chi tiết cần hàn, sao cho kim loại tại điểm đó nóng chảy ngay lập tức, và bằng cách điều chỉnh mật độ laser để đạt được hiệu quả hàn dẫn nhiệt hoặc hàn nóng chảy sâu, khi chùm tia laser ngừng hoạt động, kim loại lỏng sẽ hồi lưu, đông đặc và tạo thành mối hàn.
Có hai dạng chính của hàn điểm laser: hàn điểm laser xung và hàn điểm laser liên tục. Tia laser trong hàn điểm laser xung có năng lượng đỉnh cao nhưng thời gian tác động ngắn, thường được sử dụng để hàn các kim loại nhẹ như hợp kim magie và hợp kim nhôm. Trong hàn điểm laser liên tục, tia laser có công suất trung bình cao và thời gian tác động laser dài, chủ yếu được sử dụng để hàn thép.
Trong hàn thân xe ô tô, so với hàn điểm điện trở, hàn điểm laser có ưu điểm là không tiếp xúc và có thể tự thiết kế quỹ đạo hàn điểm, đáp ứng được yêu cầu hàn chất lượng cao với các khe hở chồng ghép khác nhau của vật liệu thân xe.
Quy trình hàn dao động laser
Hàn dao động laser là một công nghệ hàn laser mới được đề xuất trong những năm gần đây và đã nhận được sự quan tâm rộng rãi. Nguyên lý của công nghệ này là đạt được sự dao động nhanh, có trật tự và nhỏ của chùm tia laser bằng cách tích hợp một gương dao động vào đầu hàn laser, từ đó đạt được hiệu ứng khuấy động chùm tia trong khi di chuyển về phía trước trong quá trình hàn laser.
Các quỹ đạo dao động chính trong quá trình hàn dao động laser bao gồm: dao động ngang, dao động dọc, dao động tròn và dao động vô cực. Quá trình hàn dao động laser có những ưu điểm đáng kể trong hàn thân xe ô tô, vì trạng thái dòng chảy của vũng nóng chảy bị thay đổi đáng kể bởi sự dao động của chùm tia laser, do đó quá trình này có thể loại bỏ các khuyết tật không nóng chảy, đạt được sự tinh luyện hạt và giảm thiểu độ rỗ trong quá trình hàn các vật liệu thân xe cùng loại, đồng thời cải thiện các vấn đề về sự trộn lẫn không đầy đủ của các vật liệu khác nhau và tính chất cơ học kém của đường hàn trong quá trình hàn các vật liệu thân xe khác nhau.
Quy trình hàn đa chùm tia laser
Hiện nay, laser sợi quang có thể được sử dụng để chia một chùm tia laser thành nhiều chùm tia laser bằng cách sử dụng mô-đun tách tia được lắp đặt trong đầu hàn. Hàn đa tia laser tương đương với việc áp dụng nhiều nguồn nhiệt trong quá trình hàn. Bằng cách điều chỉnh sự phân bố năng lượng của chùm tia, các chùm tia khác nhau có thể thực hiện các chức năng khác nhau, chẳng hạn như: chùm tia có mật độ năng lượng cao hơn là chùm tia chính, chịu trách nhiệm hàn nóng chảy sâu; chùm tia phụ có mật độ năng lượng thấp hơn có thể làm sạch và làm nóng sơ bộ bề mặt vật liệu và tăng khả năng hấp thụ năng lượng tia laser của vật liệu.
Quá trình hàn đa chùm tia laser có thể cải thiện hành vi bay hơi của hơi kẽm và hành vi động học của vũng nóng chảy trong quá trình hàn các tấm thép mạ kẽm, cải thiện vấn đề bắn tóe và tăng cường độ bền kéo của đường hàn.
Quy trình hàn laser
Công nghệ hàn laser điều khiển bằng đường bay là một công nghệ hàn laser mới với hiệu suất hàn cao và khả năng tự thiết kế quỹ đạo hàn. Nguyên lý cơ bản của hàn laser điều khiển bằng đường bay là khi chùm tia laser chiếu vào gương X và Y của gương quét, góc của gương được điều khiển thông qua lập trình tự động để làm lệch hướng chùm tia laser ở bất kỳ góc nào.
Theo truyền thống, hàn laser thân xe ô tô chủ yếu dựa vào robot hàn để điều khiển đầu hàn laser chuyển động đồng bộ nhằm đạt được hiệu quả hàn. Tuy nhiên, chuyển động qua lại lặp đi lặp lại của robot hàn hạn chế nghiêm trọng hiệu quả hàn thân xe ô tô do số lượng mối hàn lớn và chiều dài mối hàn dài. Ngược lại, hàn laser bay có thể được thực hiện trong một phạm vi nhất định bằng cách đơn giản điều chỉnh góc của gương phản xạ. Do đó, công nghệ hàn laser bay có thể cải thiện đáng kể hiệu quả hàn và có triển vọng ứng dụng rộng rãi.
Bản tóm tắt
Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô, công nghệ hàn thân xe trong tương lai sẽ tiếp tục phát triển cả về quy trình hàn và công nghệ thông minh.
Thân xe ô tô, đặc biệt là thân xe năng lượng mới, đang phát triển theo hướng giảm trọng lượng. Hợp kim nhẹ, vật liệu composite và vật liệu hỗn hợp sẽ được sử dụng rộng rãi hơn trong thân xe ô tô, quy trình hàn laser thông thường khó đáp ứng được yêu cầu hàn của chúng, vì vậy quy trình hàn chất lượng cao và hiệu quả sẽ trở thành xu hướng phát triển trong tương lai.
Trong những năm gần đây, các quy trình hàn laser mới nổi, chẳng hạn như hàn laser dao động, hàn đa chùm tia laser, hàn laser bay, v.v., đang được nghiên cứu lý thuyết ban đầu và khám phá quy trình về chất lượng hàn và hiệu quả hàn. Trong tương lai, cần kết hợp chặt chẽ quy trình hàn laser mới nổi với vật liệu nhẹ thân xe ô tô, hàn vật liệu không đồng nhất và các kịch bản khác, nghiên cứu sâu về thiết kế quỹ đạo dao động của chùm tia laser, cơ chế hoạt động năng lượng của đa chùm tia laser và cải thiện hiệu quả hàn bay, cùng các khía cạnh khác để tìm ra một quy trình hàn thân xe ô tô nhẹ hoàn thiện.
Công nghệ hàn laser thân xe ô tô đang được tích hợp sâu rộng với công nghệ thông minh, việc cảm biến trạng thái hàn laser thân xe ô tô theo thời gian thực và điều khiển phản hồi các thông số quy trình đóng vai trò quyết định đến chất lượng hàn. Công nghệ hàn laser thông minh hiện nay chủ yếu được sử dụng cho việc lập kế hoạch và theo dõi quỹ đạo trước khi hàn và kiểm tra chất lượng sau khi hàn. Nghiên cứu trong và ngoài nước về phát hiện khuyết tật hàn và điều chỉnh thích ứng các thông số vẫn còn ở giai đoạn sơ khai, và công nghệ điều khiển thích ứng các thông số quy trình hàn laser chưa được ứng dụng trong sản xuất thân xe ô tô.
Do đó, để ứng dụng công nghệ hàn laser vào quy trình hàn thân xe ô tô, trong tương lai cần phát triển hệ thống cảm biến thông minh đa cảm biến tiên tiến cho hàn laser và hệ thống điều khiển robot hàn tốc độ cao, độ chính xác cao nhằm đảm bảo công nghệ hàn laser thông minh hoạt động theo thời gian thực và chính xác ở từng khâu, thông qua chuỗi "lập kế hoạch quỹ đạo trước khi hàn - điều khiển thích ứng các thông số hàn - kiểm tra chất lượng trực tuyến sau khi hàn", để đảm bảo chất lượng cao và hiệu quả gia công.
Công ty tự động hóa laser Maven đã tập trung vào ngành công nghiệp laser trong 14 năm, chúng tôi chuyên về hàn laser, chúng tôi có máy hàn laser cánh tay robot, máy hàn laser tự động để bàn, máy hàn laser cầm tay, ngoài ra, chúng tôi còn có máy hàn laser, máy cắt laser và máy khắc laser. Chúng tôi có rất nhiều trường hợp giải pháp hàn laser, nếu bạn quan tâm, hãy liên hệ với chúng tôi bất cứ lúc nào.
Thời gian đăng bài: 09/12/2022
