Omdat de carrosserie de drager is van andere onderdelen van de auto, bepaalt de productietechnologie ervan direct de algehele productiekwaliteit. Lassen is een belangrijk onderdeel van het productieproces van een carrosserie. De lastechnologieën die momenteel voor carrosserieën worden gebruikt, omvatten voornamelijk weerstandspuntlassen, MIG-lassen (Molten Inert Gas Shielded welding), MAG-lassen (Molten Active Gas Shielded arc welding) en laserlassen.
Laserlassen is een geavanceerde lastechnologie met optisch-mechanische integratie en biedt, in vergelijking met traditionele autocarrosserielasmethoden, voordelen zoals een hoge energiedichtheid, hoge lassnelheid, lage lasspanning en -vervorming, en goede flexibiliteit.
De carrosseriestructuur van een auto is complex en de carrosseriedelen bestaan voornamelijk uit dunwandige en gebogen componenten. Het lassen van autocarrosserieën brengt diverse uitdagingen met zich mee, zoals variaties in carrosseriematerialen, uiteenlopende diktes van de onderdelen, diverse lastrajecten en verbindingsvormen. Bovendien stelt het lassen van autocarrosserieën hoge eisen aan de laskwaliteit en de lasefficiëntie.
Met behulp van geschikte lasprocesparameters kan laserlassen een hoge vermoeiingssterkte en slagvastheid van belangrijke carrosseriedelen garanderen, waardoor de kwaliteit en levensduur van de carrosserielassen worden gewaarborgd. Laserlastechnologie is geschikt voor het lassen van carrosseriedelen met verschillende verbindingsvormen, diktes en materiaalsoorten, en voldoet daarmee aan de vraag naar flexibiliteit in de carrosserieproductie. Laserlastechnologie is daarom een belangrijk technisch middel voor de hoogwaardige ontwikkeling van de automobielindustrie.
Laserlasproces voor carrosserieën van auto's
Het principe van laser-dieplassen: Wanneer de laservermogensdichtheid een bepaald niveau bereikt, verdampt het materiaaloppervlak, waardoor een sleutelgat ontstaat. Wanneer de metaaldampdruk in het gat een dynamisch evenwicht bereikt met de statische druk en oppervlaktespanning van de omringende vloeistof, kan de laser door het sleutelgat naar de bodem van het gat schijnen. Door de beweging van de laserstraal ontstaat een doorlopende las. Bij laser-dieplassen is het niet nodig om hulpvloeimiddel of vulmateriaal toe te voegen om het werkstukmateriaal tot één geheel te lassen.
De lasnaad die verkregen wordt met laser-dieplassen is over het algemeen glad en recht met weinig vervorming, wat bijdraagt aan een hogere productienauwkeurigheid van de carrosserie. De treksterkte van de las is hoog, wat de laskwaliteit van de carrosserie waarborgt. De lassnelheid is hoog, wat de efficiëntie van de lasproductie ten goede komt.
Bij het lassen van carrosserieën kan het gebruik van laserlassen het aantal onderdelen, mallen en lasgereedschappen aanzienlijk verminderen, waardoor het gewicht van de carrosserie en de productiekosten dalen. Laserlassen is echter minder tolerant ten opzichte van de speling tussen de te lassen onderdelen; deze speling moet tussen 0,05 en 2 mm liggen. Bij een te grote speling kunnen lasfouten zoals porositeit ontstaan.
Huidig onderzoek toont aan dat bij het lassen van carrosserieën van hetzelfde materiaal, door optimalisatie van de procesparameters van laser-dieplassen, een lasverbinding met een goede oppervlaktevorming, minder interne defecten en uitstekende mechanische eigenschappen kan worden verkregen. De uitstekende mechanische eigenschappen van de lasverbinding voldoen aan de gebruikseisen van de gelaste carrosserieonderdelen. Echter, bij het lassen van aluminiumlegeringen en staal, als representatief voorbeeld van een heterogeen metaal, is het laser-dieplassenproces voor carrosserieën nog niet volledig ontwikkeld. Hoewel door toevoeging van een overgangslaag uitstekende lasprestaties kunnen worden bereikt, is het mechanisme waarmee verschillende materialen van de overgangslaag de intermetallische verbinding (IMC) beïnvloeden en het effect daarvan op de microstructuur van het lasmechanisme nog onduidelijk. Verder diepgaand onderzoek is nodig.
Laserlasproces voor het vullen van autocarrosserieën
Het laserlasproces is gebaseerd op het volgende principe: een lasverbinding wordt gevormd door de las vooraf te vullen met een specifieke draad of door de draad gelijktijdig aan te voeren tijdens het laserlasproces. Dit is vergelijkbaar met het aanvoeren van een nagenoeg homogene hoeveelheid draadmateriaal in het smeltbad tijdens laserlassen. Onderstaand diagram illustreert het laserlasproces.
Vergeleken met laserlassen heeft laserlassen met vulmateriaal twee voordelen bij het lassen van carrosserieën: ten eerste kan het de tolerantie van de montagespleet tussen de te lassen carrosseriedelen aanzienlijk verbeteren en het probleem van de hoge afschuiningsspleet die bij laserlassen met vulmateriaal vereist is, oplossen; ten tweede kan het de weefselverdeling in het lasgebied verbeteren door draden met verschillende samenstellingen te gebruiken en zo de lasprestaties te reguleren.
Bij de productie van carrosserieën wordt laserlassen voornamelijk gebruikt voor het lassen van aluminiumlegeringen en stalen carrosseriedelen. Vooral bij het lassen van aluminiumlegeringen is de oppervlaktespanning van het smeltbad laag, wat gemakkelijk kan leiden tot het instorten ervan. Laserlassen biedt echter een betere oplossing voor dit probleem, doordat de lasdraad tijdens het laserlasproces smelt.
Laserhardingsproces voor autocarrosserieën
Het laserhardsolderen is gebaseerd op het volgende principe: met behulp van een laser als warmtebron wordt de laserstraal gefocusseerd en op het oppervlak van de draad gericht. De draad smelt, het gesmolten materiaal druipt naar beneden en vult het te lassen werkstuk. Tussen het hardsoldeermateriaal en het werkstuk treden metallurgische effecten op zoals smelten en diffusie, waardoor de werkstukken met elkaar verbonden worden. In tegenstelling tot laserlassen met vulmateriaal smelt bij laserhardsolderen alleen de draad en niet het te lassen werkstuk. Laserhardsolderen heeft een goede lasstabiliteit, maar de treksterkte van de resulterende las is laag. Figuur 3 toont de toepassing van laserhardsolderen bij het lassen van een bagageruimtedeksel in een auto.
Bij het lassen van carrosserieën wordt lasersolderen voornamelijk gebruikt voor het lassen van carrosseriedelen die geen hoge verbindingssterkte vereisen, zoals de lasnaad tussen de bovenklep en de zijpanelen, de lasnaad tussen het boven- en ondergedeelte van de bagageruimteklep, enzovoort. De bovenklep van VW, Audi en andere midden- en topmodellen wordt allemaal met lasersolderen gelast.
De belangrijkste defecten in lasergesoldeerde verbindingen van autocarrosserieën zijn onder andere randbeschadiging, porositeit en lasvervorming. Deze defecten kunnen aanzienlijk worden verminderd door de procesparameters te reguleren en gebruik te maken van een lasersoldeerproces met meerdere focuspunten.
Laserbooglassen van composietmaterialen voor autocarrosserieën
Het principe van laserbooglassen is als volgt: twee warmtebronnen, een laser en een boog, werken gelijktijdig in op het oppervlak van het te lassen werkstuk, waardoor het werkstuk smelt en stolt tot een lasnaad. Onderstaande afbeelding illustreert het laserbooglasproces.
Laserbooglassen combineert de voordelen van laserlassen en booglassen: ten eerste kan, dankzij de werking van twee warmtebronnen, de lassnelheid worden verhoogd, de warmte-inbreng worden verlaagd en de lasvervorming gering zijn, terwijl de eigenschappen van laserlassen behouden blijven; ten tweede is er een beter overbruggingsvermogen en een grotere tolerantie voor de lasnaad; ten derde verloopt de stolling van het smeltbad langzamer, wat bevorderlijk is voor het elimineren van poriën, scheuren en andere lasfouten, en de structuur en prestaties van de warmtebeïnvloede zone verbetert; ten vierde is het dankzij de boog mogelijk om materialen met een hoge reflectiviteit en een hoge thermische geleidbaarheid te lassen, waardoor een breder scala aan materialen wordt toegepast.
Bij de productie van carrosserieën wordt laser-MIG-composietlassen voornamelijk gebruikt voor het lassen van aluminiumlegeringen en aluminiumlegeringen van verschillende metalen. Het wordt ook toegepast bij het lassen van grotere onderdelen, zoals de carrosseriedelen van de portieren, omdat deze naden gunstig zijn voor de overbruggingsprestaties van laser-MIG-composietlassen. Daarnaast wordt de laser-MIG-composietlastechnologie ook gebruikt voor het lassen van de zijdelingse dakbalken van de Audi-carrosserie.
Bij het lassen van carrosserieën heeft laserbooglassen het voordeel van een grotere spleettolerantie in vergelijking met enkelvoudig laserlassen. Laserbooglassen vereist echter een uitgebreide afweging van de relatieve positie van de laser en de boog, de laserlasparameters, de boogparameters en andere factoren. Het warmte- en massaoverdrachtsgedrag van het laserbooglasproces is complex, met name de energieregulering bij het lassen van heterogene materialen en het mechanisme van de regulering van de dikte en het weefsel van de intermetallische verbinding (IMC) is nog onduidelijk en behoeft verder onderzoek.
Andere laserlasprocessen voor autocarrosserieën
Laserlassen, laserlassen met vulmateriaal, lasersolderen en laserbooglassen van composietmaterialen, evenals andere lasprocessen, kennen een meer ontwikkelde theorie en een breed scala aan praktische toepassingen. Naarmate de eisen van de auto-industrie aan de efficiëntie van carrosserielassen toenemen en de vraag naar het lassen van verschillende materialen in lichtgewichtconstructies groeit, hebben laserpuntlassen, laseroscillatielassen, meerstraalslaserlassen en laservlieglassen steeds meer aandacht gekregen.
Laserpuntlasproces
Laserpuntlassen is een geavanceerde laserlastechnologie met als belangrijkste voordelen een hoge lassnelheid en een hoge lasnauwkeurigheid. Het basisprincipe van laserpuntlassen is het focussen van de laserstraal op een punt op het te lassen onderdeel, waardoor het metaal op dat punt direct smelt. Door de laserintensiteit aan te passen, kan een thermisch geleidend las- of diepsmeltlaseffect worden bereikt. Wanneer de laserstraal stopt met werken, vloeit het vloeibare metaal terug, stolt en vormt een verbinding.
Er zijn twee hoofdvormen van laserpuntlassen: gepulseerd laserpuntlassen en continu laserpuntlassen. Bij gepulseerd laserpuntlassen heeft de laserstraal een hoge piekenergie, maar een korte inwerktijd. Deze methode wordt over het algemeen gebruikt voor het lassen van lichte metalen zoals magnesiumlegeringen en aluminiumlegeringen. Bij continu laserpuntlassen heeft de laserstraal een hoog gemiddeld vermogen en een lange inwerktijd. Deze methode wordt voornamelijk gebruikt voor het lassen van staal.
Bij het lassen van carrosserieën heeft laserpuntlassen, in vergelijking met weerstandspuntlassen, de voordelen van contactloos lassen en een zelf te bepalen lastraject. Dit maakt het mogelijk om te voldoen aan de eisen voor hoogwaardig lassen bij verschillende overlappingen van carrosseriematerialen.
Laseroscillatielasproces
Laseroscillatielassen is een nieuwe laserlastechnologie die de afgelopen jaren is ontwikkeld en veel aandacht heeft gekregen. Het principe van deze technologie is het bereiken van een snelle, geordende en kleine oscillatie van de laserstraal door een oscillerende spiegel in de laserlaskop te integreren. Hierdoor wordt het effect van het roeren van de straal tijdens de voorwaartse beweging van het laserlasapparaat bereikt.
De belangrijkste oscillatietrajecten in het laseroscillatielasproces omvatten: transversale oscillatie, longitudinale oscillatie, circulaire oscillatie en oneindige oscillatie. Het laseroscillatielasproces heeft aanzienlijke voordelen bij het lassen van carrosserieën, omdat de stromingstoestand van het smeltbad aanzienlijk verandert door de oscillatie van de laserstraal. Hierdoor kunnen niet-gesmolten defecten worden geëlimineerd, korrelverfijning worden bereikt en porositeit worden onderdrukt bij het lassen van hetzelfde carrosseriemateriaal. Bovendien worden problemen zoals onvoldoende menging van verschillende materialen en slechte mechanische eigenschappen van de lasnaad bij het lassen van verschillende carrosseriematerialen verbeterd.
Lasproces met meerdere laserstralen
Momenteel kunnen fiberlasers worden gebruikt om een enkele laserstraal te splitsen in meerdere laserstralen met behulp van een straalsplitsingsmodule die in de laskop is geïnstalleerd. Lassen met meerdere laserstralen is vergelijkbaar met het toepassen van meerdere warmtebronnen in het lasproces. Door de energieverdeling van de stralen aan te passen, kunnen verschillende stralen verschillende functies vervullen, bijvoorbeeld: de straal met de hoogste energiedichtheid is de hoofdstraal, verantwoordelijk voor dieplassen; de substraal met een lagere energiedichtheid kan het materiaaloppervlak reinigen en voorverwarmen en de absorptie van laserenergie door het materiaal verhogen.
Het lasproces met meerdere laserstralen kan het verdampingsgedrag van zinkdamp en het dynamische gedrag van het smeltbad tijdens het lassen van gegalvaniseerde staalplaten verbeteren, het spatprobleem verminderen en de treksterkte van de lasnaad verhogen.
Laser-vlieglasproces
Laser-vlieglassen is een nieuwe laserlastechnologie met een hoge lasefficiëntie en een autonoom ontwerp van het lastraject. Het basisprincipe van laser-vlieglassen is dat wanneer de laserstraal op de X- en Y-spiegels van de scanspiegel valt, de hoek van de spiegel via autonome programmering wordt geregeld om de laserstraal onder elke gewenste hoek af te buigen.
Traditioneel gezien is laserlassen van carrosserieën voornamelijk gebaseerd op een lasrobot die de laserlaskop synchroon beweegt om het lasresultaat te bereiken. De herhaalde heen-en-weergaande beweging van de lasrobot beperkt echter de efficiëntie van het lassen van carrosserieën aanzienlijk, vanwege het grote aantal lassen en de lengte ervan. Laserlassen met een flexibele laserstraal daarentegen kan binnen een bepaald bereik worden gerealiseerd door simpelweg de hoek van de reflector aan te passen. Daarom kan laserlassen met een flexibele laserstraal de lasefficiëntie aanzienlijk verbeteren en heeft het een breed toepassingsgebied.
Samenvatting
Met de ontwikkeling van de auto-industrie zal de toekomst van de carrosserielastechnologie zich blijven ontwikkelen, zowel op het gebied van het lasproces als van intelligente technologie.
De carrosserie van auto's, met name die van elektrische voertuigen, ontwikkelt zich in de richting van lichtgewicht constructies. Lichtgewicht legeringen, composietmaterialen en heterogene materialen zullen steeds vaker worden gebruikt in autocarrosserieën. Het conventionele laserlasproces voldoet niet langer aan de eisen die hieraan worden gesteld, waardoor hoogwaardige en efficiënte lasprocedures de toekomstige ontwikkelingstrend zullen worden.
De afgelopen jaren is er veel onderzoek gedaan naar en geëxploreerd van opkomende laserlasprocedures, zoals laserzwaailassen, meerstraalslaslassen en laservlieglassen. De focus ligt nu vooral op de kwaliteit en efficiëntie van de las. Toekomstig onderzoek is nodig naar de combinatie van deze nieuwe laserlasprocedures met lichtgewicht carrosseriematerialen, het lassen van heterogene materialen en andere toepassingen. Ook is diepgaand onderzoek nodig naar het ontwerp van het zwaaitraject van de laserstraal, het werkingsmechanisme van de meerstraalslaser en de verbetering van de efficiëntie van het vlieglassen, om zo een volwaardig lasproces voor lichtgewicht carrosserieën te ontwikkelen.
De laserlastechnologie voor autocarrosserieën wordt steeds meer geïntegreerd met intelligente technologie. Realtime monitoring van de status van het laserlasproces en feedbackcontrole van de procesparameters spelen een cruciale rol in de laskwaliteit. De huidige intelligente laserlastechnologie wordt voornamelijk gebruikt voor het plannen en volgen van het lastraject vóór het lassen en voor de kwaliteitscontrole na het lassen. Binnen- en buitenlands onderzoek naar de detectie van lasfouten en adaptieve parameterregeling staat nog in de kinderschoenen, en de technologie voor adaptieve regeling van laserlasprocesparameters wordt nog niet toegepast in de autocarrosserieproductie.
Daarom moet voor de toepassing van laserlastechnologie in de carrosseriebouw een geavanceerd, intelligent laserlassysteem met meerdere sensoren en een snel en nauwkeurig besturingssysteem voor lasrobots worden ontwikkeld. Dit moet ervoor zorgen dat de intelligente laserlastechnologie in realtime en met de grootste nauwkeurigheid in elke fase wordt toegepast. Door middel van de schakels "trajectplanning vóór het lassen - adaptieve controle van lasparameters - online kwaliteitscontrole na het lassen" wordt een hoogwaardige en efficiënte verwerking gegarandeerd.
Maven Laser Automation is al 14 jaar actief in de laserindustrie. Wij zijn gespecialiseerd in laserlassen en beschikken over robotarmlasmachines, tafelmodel automatische laserlasmachines en handlasmachines. Daarnaast hebben we ook laserlasmachines, lasersnijmachines en lasermarkeer- en graveermachines. We hebben al veel voorbeelden van laserlasoplossingen. Neem gerust contact met ons op als u geïnteresseerd bent.
Geplaatst op: 09-12-2022
