Máy hàn Laser trong ngành công nghiệp ô tô

Hơn bốn thập kỷ trở lại đây, tia laser ra đời và thể hiện những khả năng mạnh mẽ khiến cả thế giới phải kinh ngạc. Sau nhiều năm phát triển, công nghệ laser đã thâm nhập vào nhiều lĩnh vực khác nhau và đóng một vai trò quan trọng. Trong ngành công nghiệp ô tô, công nghệ laser thậm chí còn độc đáo hơn, hàn laser, khoan laser, đánh dấu laser được sử dụng rộng rãi.

1. Định nghĩa công nghệ laser
Laser là một nguồn sáng mới vào những năm 1960. Với độ đơn sắc tốt, định hướng mạnh, độ sáng cao và các đặc điểm khác. Hàng ngàn chất làm việc bằng laser đã được phát hiện, với các bước sóng từ tia X mềm đến tia hồng ngoại xa. Công nghệ laser sử dụng gương phân cực để phản xạ chùm tia do tia laser tạo ra rồi tập trung vào một thiết bị hội tụ để tạo ra chùm năng lượng cực lớn. Nếu tiêu điểm ở gần phôi, phôi sẽ tan chảy và bay hơi trong vòng một phần nghìn giây, một hiệu ứng có thể được sử dụng trong quy trình hàn.

2. Tính khả thi của công nghệ hàn laser
Laser thường được phân loại theo các chất làm việc khác nhau tạo ra ánh sáng laser, chủ yếu là laser bán dẫn (GaAs, InP, v.v.), laser trạng thái rắn (Nd: YAG, v.v.), laser khí (CO2, He-Ne, v.v.). ) laser, laser lỏng (thuốc nhuộm có thể điều chỉnh, v.v.), laser hóa học, laser điện tử tự do, v.v. Trong số đó, laser khí sử dụng khí hoặc hơi kim loại làm hạt phát sáng và là loại laser có nhiều loại nhất, chế độ kích thích đa dạng nhất, vùng phân bố bước sóng laser rộng nhất, cách dễ nhất để nhận ra năng lượng cao liên tục đầu ra, và được sử dụng rộng rãi nhất. Laser trạng thái rắn là tạo ra các hạt laser được pha tạp trong ma trận rắn, nồng độ của chúng lớn hơn khí và do đó có thể thu được công suất năng lượng laser tương đối lớn, với năng lượng lớn, công suất cực đại cao, nhỏ gọn, rắn và bền và sớm. Hàn laser chủ yếu dựa vào việc sử dụng hai loại laser vật liệu kích thích này.

Việc ứng dụng công nghệ hàn laze trong lĩnh vực sản xuất ngày càng phát triển, từ xung đến liên tục, từ công suất thấp đến công suất cao, từ tấm mỏng đến các chi tiết dày, từ đường may đơn giản đến hình dạng phức tạp, hàn laze trong quá trình phát triển liên tục đã dần dần trở thành một công nghệ xử lý hiện đại trưởng thành. Hàn laser được chia thành hàn laser xung và hàn laser liên tục, và hàn liên tục có thể được chia thành hàn dẫn nhiệt và hàn xuyên sâu. Với sự cải thiện công suất đầu ra của laser, đặc biệt là sự xuất hiện của laser CO2 công suất cao, công nghệ xuyên sâu bằng laser trong và ngoài nước đã phát triển nhanh chóng, tỷ lệ chiều sâu trên chiều rộng mối hàn lớn nhất đã đạt 12: 1, vật liệu hàn laser từ sự phát triển chung của thép nhẹ đối với hàn tấm mạ kẽm, vật liệu nhôm, titan, đồng và gốm ngày nay, tốc độ hàn laser đã đạt hàng chục mét mỗi phút, công nghệ hàn laser ngày càng hoàn thiện và một số lượng lớn ứng dụng cho dây chuyền sản xuất trong dây chuyền sản xuất ô tô, chẳng hạn như hàn bánh răng, sàn ô tô và các bộ phận kết cấu (bao gồm cả thân cửa) của hàn tốc độ cao và đã đạt được những lợi ích kinh tế và xã hội to lớn.

Theo số liệu thống kê có liên quan, ở các nước công nghiệp phát triển ở Châu Âu và Hoa Kỳ, có 50 phần trăm -70 phần trăm phụ tùng ô tô được hoàn thiện bằng quá trình xử lý bằng laser. Mà chủ yếu là hàn laser và dựa trên cắt, hàn laser trong ngành công nghiệp ô tô đã trở thành một quy trình tiêu chuẩn. Hàn laser cho các tấm thân có thể có độ dày khác nhau và có lớp phủ bề mặt khác nhau của tấm kim loại được hàn với nhau, sau đó dập, để có thể tạo ra cấu trúc bảng để đạt được sự kết hợp kim loại hợp lý nhất. Tốc độ hàn laser khoảng 4,5m / phút, ít biến dạng, loại bỏ quá trình xử lý thứ cấp. Hàn laser đẩy nhanh quá trình thay thế các bộ phận rèn bằng các bộ phận được dập. Việc sử dụng phương pháp hàn laze giúp giảm chiều rộng lòng xe và một số bộ phận gia cố, đồng thời nén thể tích của các bộ phận kết cấu thân xe. Chỉ riêng điều này đã làm giảm 56 kg trọng lượng của cơ thể. hàn laze được sử dụng để hàn vỏ và khung mái, và hàn vỏ bộ chuyển đổi truyền động, được điều khiển bằng máy CNC, với thời gian chu kỳ khoảng 16 giây và thời gian hàn thực tế chỉ 3 giây và có thể hoạt động liên tục trong 24 giờ một ngày. Được sử dụng để hàn cụm truyền động ô tô nhỏ và khung gầm, tốc độ hàn chùm tia laser, dễ tự động hóa và dễ điều khiển và hợp nhất thành một hệ thống sản xuất linh hoạt, chùm tia laser để cải thiện chu trình sản xuất và thiết kế sản phẩm của nhà sản xuất, giảm tỷ lệ phế liệu của thành phẩm .

3. Máy hàn laser trong ngành ô tô
Việc sử dụng hàn laser có thể mang lại lợi ích kinh tế to lớn cho ngành sản xuất ô tô, chẳng hạn như lắp ráp thân xe với số lượng lớn hàn điểm, hai đầu hàn kẹp vào mép phôi hàn, chiều rộng mặt bích cần 16mm và hàn laser là hàn một phía, chỉ 5mm, hàn điểm cho hàn laze, mỗi xe tiết kiệm được 40kg thép. với hàn điểm truyền thống hàn hai mảnh thép tấm 0.8mm, trung bình là 20 điểm / phút, khoảng cách hàn là 25 mm, tức là tốc độ 0,5m / phút, với tốc độ hàn laser có thể đạt 5m/phút trở lên. Việc sử dụng công nghệ hàn laser không chỉ giúp giảm chi phí mà còn cải thiện đáng kể hiệu quả sản xuất. Hiện tại, một bộ hệ thống rô-bốt xử lý laser loại kilowatt trị giá hàng trăm nghìn đô la, độ an toàn và độ tin cậy của laser mới cũng được đảm bảo, tỷ lệ thời gian ngừng hoạt động của nó chỉ là 2%, các biện pháp bảo vệ cũng cực kỳ đáng tin cậy . Hàn laser đòi hỏi bề mặt tiếp xúc của phôi phải khớp chặt chẽ với nhau, điều này không dễ thực hiện trong quy trình, nhưng các phương pháp kẹp tiên tiến hiện nay và phù hợp với thiết kế mặt bích hàn laser nên vấn đề này đã được giải quyết, công nghệ hàn laser đang dần trưởng thành làm cho các nhà sản xuất ô tô lớn không có ngoại lệ sẽ được áp dụng cho việc hàn laser của dây chuyền sản xuất ô tô.

Hoa Kỳ là loại laser công suất cao sớm nhất được đưa vào ngành công nghiệp ô tô, tại trung tâm công nghiệp ô tô của Hoa Kỳ ở khu vực Detroit, có hơn 40 trạm xử lý laser để cắt các bộ phận kim loại ô tô và hàn bánh răng, để cải cách ô tô từ 5 năm rút ngắn còn 2 năm. General Motors của Hoa Kỳ đã áp dụng 22 dây chuyền sản xuất xử lý laser, Công ty Ford Motor của Hoa Kỳ sử dụng laser Nd: YAG kết hợp với robot công nghiệp để hàn thân xe, giúp giảm đáng kể chi phí sản xuất, ba công ty ô tô lớn của Hoa Kỳ vào năm 2000, đã có đã có 50% dây chuyền sản xuất hàn điểm điện trở được thay thế bằng dây chuyền sản xuất hàn laser. Tại Nhật Bản, việc ứng dụng thành công hàn laser trong dây chuyền sản xuất đã thu hút sự chú ý của thế giới, chẳng hạn như trong sản xuất thân ô tô, việc thực hiện hàn laser tấm thép mỏng bằng phương pháp dập khuôn mới, và hiện đã được hầu hết các ô tô trên thế giới nhà sản xuất làm theo. Nhiều công ty ô tô hàng đầu thế giới đã xây dựng dây chuyền sản xuất hàn laser đặc biệt: Dây chuyền sản xuất hàn sàn ô tô Thyssen Steel, dây chuyền sản xuất xử lý laser bánh răng của nhà máy ô tô Volkswagen, nhà máy ô tô Mercedes-Benz tại nhà máy 18 trong 8 nhà máy đã lắp đặt thiết bị xử lý laser.

Máy hàn laser được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô, đáng chú ý nhất là để hàn thân xe và hàn các khoảng trống được nối. Để đáp ứng nhu cầu của thị trường và khách hàng, việc cải tiến thân xe và quy trình sản xuất là rất cần thiết, và giá trị thân xe chiếm khoảng 1/5 tổng giá trị của chiếc xe, việc sử dụng quy trình hàn laser để thân xe khả năng chống va đập và chống mỏi có thể được cải thiện đáng kể, nâng cao chất lượng xe. Hàn laser do sử dụng điều khiển máy tính nên có tính linh hoạt và tính cơ động mạnh mẽ, có thể là hình dạng đặc biệt của tấm cửa, chắn bùn, bánh răng, bảng dụng cụ và các bộ phận khác của hàn, mà còn để hoàn thiện mái nhà và mặt bên của ô tô, khung động cơ và khung tản nhiệt và các bộ phận khác của tổ hợp, nếu được kết hợp với hệ thống truyền dẫn cáp quang và tay rô bốt, bạn có thể nhận ra dây chuyền lắp ráp ô tô tự động. Việc sử dụng laser liên tục Nd: YAG truyền dẫn sợi quang khoảng 3KW, với hệ thống hàn điểm và đồ đạc dây chuyền sản xuất, có thể đạt được mục đích hàn tự động, General Motors, Mercedes-Benz, v.v. đã áp dụng hệ thống này được sử dụng trong dây chuyền sản xuất của các mô hình mới nhất, hệ thống hàn laser gần như có thể đạt được các yêu cầu xử lý hoàn hảo, về hiệu quả, tính kinh tế, an toàn, độ bền, khả năng chống ăn mòn có hiệu suất tuyệt vời. Hệ thống hàn laser được sử dụng trong dây chuyền sản xuất các mẫu xe hơi mới nhất.

Thân xe và khung gầm bao gồm hơn 300 loại bộ phận, việc sử dụng hàn laser có thể được sử dụng gần như tất cả bất kể độ dày, loại, loại, loại vật liệu được hàn với nhau để tạo ra nhiều hình dạng khác nhau của các bộ phận, cải thiện đáng kể tính linh hoạt của thiết kế ô tô. Phôi nối là một phân tích đầy đủ về cấu trúc cơ thể trên cơ sở tối ưu hóa thiết kế của các bộ phận, để có thể hàn một vài phôi điển hình từ một số loại phôi, giúp giảm đáng kể số lượng khuôn, tăng khả năng sử dụng vật liệu, mà còn ở độ bền của các yêu cầu khác nhau của các bộ phận khác nhau của phôi có độ dày khác nhau có thể được sử dụng trong khuôn dập để giảm trọng lượng và cải thiện độ chính xác, đồng thời cũng cải thiện đáng kể khả năng chống ăn mòn và hiệu suất an toàn! Cấu trúc thân xe cũng được đơn giản hóa đi rất nhiều. Dây chuyền sản xuất vỏ bên của Toyota sử dụng công nghệ hàn trống nối, làm cho số lượng khuôn giảm xuống còn bốn, tỷ lệ sử dụng vật liệu là 65%, cộng với các bộ phận khác, do đó chi phí của mỗi chiếc xe giảm hơn 30 đô la Mỹ, làm tăng đáng kể lợi ích của các nhà sản xuất ô tô.

Hiện tại, ở nước ngoài, Đức Volkswagen ở AudiA6, GolfA4, Passat và các nhãn hiệu khác của mái nhà là hàn laze, BMW, General Motors ở phía trên khung cũng đang sử dụng hàn laze, General Motors, Toyota, Ford, BMW, Fiat, Mercedes-Benz, Volkswagen đang sử dụng công nghệ tấm nối laser, Big Three của Hoa Kỳ, Mercedes-Benz của Đức đang sử dụng các bộ phận truyền dẫn hàn bằng laser. Volkswagen, General Motors, Mercedes-Benz, Nissan đã áp dụng công nghệ cắt laser, Fiat và Toyota với van xả động cơ phủ laser, trục cam động cơ Volkswagen để đạt được xử lý làm cứng bề mặt bằng laser.

Trong nước, từ các mẫu xe chất lượng cao trong nước như: Passat, Buick, Audi, v.v. đã quen với hàn laze đến hàn laze khi chuyển đổi trong nước đã bắt đầu sử dụng công nghệ hàn laze, là người đầu tiên trong nước sử dụng công nghệ hàn laser (chứ không phải hàn laser), đi đầu là FAW-Volkswagen, trong khi một số nhà sản xuất ô tô trong nước đã dần bắt đầu sử dụng công nghệ này. Công nghệ laser hiện đang được ứng dụng trên FAW, mặt trên FAW Volkswagen AudiA6 và mặt sau BORA sử dụng phương pháp hàn laze, Sagitar (Sagitar) được sử dụng công nghệ hàn laze ở mặt trên của thân máy, nắp lưng và các bộ phận khác, chiều dài hàn hơn 30 mét. FAW đã sử dụng thiết bị cho laser HassYAG 3KW của Đức và robot Kuka, các bộ phận ốp thân xe sedan của FAW Car Company sử dụng cắt laser, sử dụng thiết bị cho máy xử lý laser CO2 ba chiều 5 trục ARNOLD 3KW của Đức, giày phanh của nhà máy các bộ phận khung gầm FAW sử dụng laser làm cứng, sử dụng thiết bị cho máy gia công laser CO2 2KW trong nước, các bộ phận tấm mỏng trung tâm khuôn FAW để cắt Laser, sử dụng thiết bị cho máy gia công laser 1.5KWCO2 trong nước. Với sự trưởng thành của công nghệ hàn laser và giá máy hàn laser giảm, Chery ô tô của Trung Quốc cũng bắt đầu sử dụng công nghệ hàn laser.

4. Triển vọng của công nghệ laser

Công nghệ hàn laser đối với quy trình hàn ô tô truyền thống đã mang lại tác động khiến các công ty ô tô lớn có thái độ rất tích cực đối với điều này, việc sử dụng công nghệ mới đồng nghĩa với khả năng cạnh tranh mạnh mẽ hơn, đặc biệt là sự cạnh tranh khốc liệt trong ngành ô tô. Công nghệ hàn laser trong hàn nhôm, hàn các bộ phận thay vì đúc và ứng dụng hàn cấu trúc khung toàn thân trong tương lai lớn nhất, các nhà sản xuất laser nên nắm bắt cơ hội kinh doanh về tính di động, khối lượng và các khía cạnh khác của laser, với sợi quang laser truyền dẫn, để laser phù hợp hơn với nhu cầu của dây chuyền sản xuất ô tô. Một số nhà sản xuất sản phẩm laser trong nước đã dần nhận ra điều này, chẳng hạn như Công ty TNHH Hệ thống quang học Hồ Bắc sản xuất máy hàn laser Nd: YAG xung sử dụng tiêu điểm khớp nối sợi quang, dễ sử dụng, đầu laser có thể cách xa. khu vực hàn, hiệu suất laser ổn định và đáng tin cậy, tuổi thọ cao, nhưng cũng sử dụng hệ thống truyền thống quang học truyền thống, laser có thể là hàn laser, cắt laser và đục lỗ, cả hai. Một máy đa năng, đặc biệt thích hợp cho xưởng gia công laser và dây chuyền sản xuất tự động.

5. Tóm tắt

Ngành công nghiệp ô tô thế kỷ 21 đang bước vào yêu cầu của người dùng theo phương thức sản xuất mô-đun linh hoạt, công nghệ xử lý truyền thống không thể đáp ứng nhu cầu của phương thức sản xuất mới, điều này tạo cơ hội cho ứng dụng quy mô lớn của công nghệ hàn laser, công nghệ hàn laser và công nghệ xử lý laser khác trong lĩnh vực ô tô sẽ có bước phát triển vượt bậc, trở thành một phương pháp xử lý quan trọng trong ngành ô tô.