Otomobilin diğer parçalarını taşıyan gövde imalat teknolojisi, otomobilin genel imalat kalitesini doğrudan belirler. Otomobil gövdesi imalat sürecinde kaynak önemli bir üretim işlemidir. Otomobil gövdesi kaynak işlemlerinde günümüzde kullanılan kaynak teknolojileri arasında başlıca direnç nokta kaynağı, erimiş inert gaz korumalı kaynak (MIG kaynağı) ve erimiş aktif gaz korumalı ark kaynağı (MAG kaynağı) ile lazer kaynağı yer almaktadır.
Optik-mekanik entegrasyonlu gelişmiş bir kaynak teknolojisi olan lazer kaynak teknolojisi, geleneksel otomobil gövdesi kaynak teknolojisine kıyasla yüksek enerji yoğunluğu, hızlı kaynak hızı, düşük kaynak gerilimi ve deformasyonu ve iyi esneklik gibi avantajlara sahiptir.
Otomobil gövde yapısı karmaşıktır ve gövde parçaları çoğunlukla ince cidarlı ve kavisli bileşenlerden oluşur. Otomobil gövde kaynağı, gövde malzemelerindeki farklılıklar, gövde parçalarının kalınlığındaki değişim, çeşitli kaynak yörüngeleri ve birleştirme biçimleri gibi kaynak zorluklarıyla karşı karşıyadır. Ayrıca, otomotiv gövde kaynağı, kaynak kalitesi ve kaynak verimliliği konusunda yüksek gereksinimlere sahiptir.
Uygun kaynak proses parametrelerine bağlı olarak, lazer kaynağı, kaynak sırasında otomobil gövdesinin önemli parçalarının yüksek yorulma dayanımını ve darbe dayanıklılığını sağlayarak, gövde kaynağının kalitesini ve kullanım ömrünü garanti eder. Lazer kaynak teknolojisi, farklı bağlantı şekillerine, farklı kalınlıklara ve farklı malzeme türlerine sahip otomobil gövde parçalarının kaynaklanmasına uyum sağlayarak, otomobil gövdesi üretiminde esneklik ihtiyacını karşılar. Bu nedenle, lazer kaynak teknolojisi, otomotiv endüstrisinin yüksek kaliteli gelişimini sağlamak için önemli bir teknik araçtır.
Otomotiv gövdeleri için lazer kaynak işlemi
Lazer derin kaynak işleminin prensibi: Lazer güç yoğunluğu belirli bir seviyeye ulaştığında, malzeme yüzeyi buharlaşarak bir delik oluşturur. Delik içindeki metal buhar basıncı, çevredeki sıvının statik basıncı ve yüzey gerilimi ile dinamik dengeye ulaştığında, lazer ışınları delikten geçerek deliğin dibine ulaşır ve lazer ışınının hareketiyle sürekli bir kaynak oluşur. Lazer derin kaynak işleminde, iş parçasının kendi malzemesini birleştirmek için yardımcı kaynak teli veya dolgu malzemesi eklemeye gerek yoktur.
Lazer derin kaynak yöntemiyle elde edilen kaynak dikişi genellikle düzgün ve az deformasyonludur, bu da otomobil gövdesinin üretim doğruluğunu artırmaya yardımcı olur. Kaynağın çekme dayanımı yüksektir, bu da otomobil gövdesinin kaynak kalitesini garanti eder. Kaynak hızı yüksektir, bu da kaynak üretim verimliliğini artırmaya yardımcı olur.
Otomobil gövdesi kaynak işleminde, lazer derin kaynak yönteminin kullanılması, parça, kalıp ve kaynak ekipmanı sayısını önemli ölçüde azaltarak gövdenin ölü ağırlığını ve üretim maliyetlerini düşürebilir. Bununla birlikte, lazer derin kaynak yöntemi, kaynak yapılacak parçaların montaj boşluğuna karşı daha az toleranslıdır ve montaj boşluğunun 0,05 ile 2 mm arasında kontrol edilmesi gerekir. Montaj boşluğu çok büyük olursa, gözeneklilik gibi kaynak kusurları meydana gelir.
Güncel araştırmalar, aynı malzemeden üretilen otomobil gövdelerinin kaynaklanmasında, lazer derin kaynak işleminin parametrelerinin optimize edilmesiyle, iyi yüzey oluşumu, daha az iç kusur ve mükemmel mekanik özelliklere sahip bir kaynak elde edilebileceğini göstermektedir. Kaynağın mükemmel mekanik özellikleri, otomobil gövdesi kaynaklı bileşenlerinin kullanım gereksinimlerini karşılayabilir. Bununla birlikte, otomobil gövdelerinin kaynaklanmasında, heterojen metallerin temsilcisi olan alüminyum alaşımlı çelik için lazer derin kaynak işlemi henüz olgunlaşmamıştır; geçiş katmanı eklenmesiyle mükemmel kaynak performansı elde edilebilse de, farklı geçiş katmanı malzemelerinin IMC katmanı üzerindeki etki mekanizması ve bunun kaynak mikro yapısı üzerindeki etkisi net değildir ve daha derinlemesine bir çalışmaya ihtiyaç duymaktadır.
Otomobil Gövdesi Lazer Tel Dolgu Kaynak İşlemi
Lazer dolgu kaynağı işlemi şu prensibe dayanmaktadır: Kaynaklı birleşim, kaynağın belirli bir telle önceden doldurulması veya lazer kaynak işlemi sırasında telin eş zamanlı olarak beslenmesiyle oluşturulur. Bu, lazer derin füzyon kaynağı sırasında kaynak havuzuna yaklaşık olarak homojen miktarda tel malzemesi beslenmesine eşdeğerdir. Aşağıdaki şema lazer dolgu kaynağı işlemini göstermektedir.
Lazer derin kaynak yöntemine kıyasla, lazer dolgu kaynağı, otomobil gövdesi kaynaklarında iki avantaja sahiptir: Birincisi, kaynak yapılacak otomobil gövdesi parçaları arasındaki montaj boşluğunun toleransını önemli ölçüde iyileştirebilir ve lazer derin kaynak yönteminde gerekli olan yüksek pah boşluğu sorununu çözebilir; ikincisi, farklı bileşim içeriğine sahip teller kullanarak kaynak bölgesindeki doku dağılımını iyileştirebilir ve böylece kaynak performansını düzenleyebilir.
Otomobil gövdesi imalat sürecinde, lazer dolgu kaynağı işlemi esas olarak gövdenin alüminyum alaşımlı ve çelik parçalarının kaynaklanmasında kullanılır. Özellikle otomobil gövdesinin alüminyum alaşımlı parçalarının kaynaklanmasında, erimiş havuzun yüzey gerilimi düşüktür, bu da erimiş havuzun çökmesine kolayca yol açabilir; oysa lazer dolgu kaynağı işlemi, lazer kaynak işleminde telin eritilmesi yoluyla erimiş havuzun çökmesi sorununu daha iyi çözebilir.
Otomotiv gövde lazer lehimleme işlemi
Lazer lehimleme işlemi şu prensibe dayanmaktadır: Isı kaynağı olarak lazer kullanılarak, lazer ışını odaklanır ve telin yüzeyine yönlendirilir, tel erir, erimiş tel aşağı doğru damlayarak kaynak yapılacak iş parçasını doldurur ve lehim malzemesi ile iş parçası arasında erime ve difüzyon gibi metalurjik etkiler meydana gelir, böylece iş parçası birleştirilir. Lazer dolgu kaynak işleminden farklı olarak, lazer lehimleme işleminde sadece tel eritilir, kaynak yapılacak iş parçası eritilmez. Lazer lehimleme iyi bir kaynak stabilitesine sahiptir, ancak elde edilen kaynağın çekme dayanımı düşüktür. Şekil 3, otomotiv bagaj kapağı kaynağında lazer lehimleme işleminin uygulamasını göstermektedir.
Otomobil gövde kaynak işleminde, lazer lehimleme yöntemi esas olarak üst kapak ile yan paneller arasındaki kaynak, bagaj kapağının üst ve alt kısımları arasındaki kaynak gibi yüksek birleştirme mukavemeti gerektirmeyen gövde parçalarının kaynaklanmasında kullanılır. VW, Audi ve diğer orta ve üst segment modellerin üst kapaklarının tamamında lazer lehimleme yöntemi kullanılmaktadır.
Otomobil gövdelerinin lazerle lehimlenmiş birleşim yerlerindeki başlıca kusurlar arasında kenar aşınması, gözeneklilik, kaynak deformasyonu vb. yer almaktadır ve bu kusurlar, işlem parametrelerinin düzenlenmesi ve çok odaklı lazer lehimleme işleminin kullanılmasıyla önemli ölçüde bastırılabilir.
Otomotiv gövde lazer-ark kompozit kaynak işlemi
Lazer ark kaynak işleminin prensibi şu şekildedir: Kaynak yapılacak iş parçasının yüzeyine aynı anda lazer ve ark olmak üzere iki ısı kaynağı uygulanır ve iş parçası eritilip katılaştırılarak bir kaynak dikişi oluşturulur. Aşağıdaki şema lazer ark kaynak işlemini göstermektedir.
Lazer ark kompozit kaynağı, lazer kaynağı ve ark kaynağının avantajlarını bir araya getirir: Birincisi, çift ısı kaynağının etkisi altında kaynak hızı artırılabilir, ısı girişi azalır, kaynak deformasyonu küçük olur ve lazer kaynağının özellikleri korunur; ikincisi, daha iyi köprüleme yeteneği ve daha yüksek montaj boşluğu toleransı sağlar; üçüncüsü, erimiş havuzun katılaşma hızı yavaşlar, bu da gözeneklerin, çatlakların ve diğer kaynak kusurlarının giderilmesine yardımcı olur, ısıdan etkilenen bölgenin organizasyonunu ve performansını iyileştirir; dördüncüsü, ark sayesinde yüksek yansıtıcılığa ve yüksek ısı iletkenliğine sahip malzemeleri kaynaklayabilir ve daha geniş bir uygulama alanına sahiptir.
Otomobil gövdesi üretim sürecinde, lazer-ark kompozit kaynak yöntemi esas olarak gövde alüminyum alaşımlı bileşenlerinin ve alüminyum alaşımlı çelik-çelik farklı metallerin kaynaklanmasında kullanılır. Daha büyük parçaların kaynaklanmasında, örneğin otomobil kapısı kısmının kaynak yeri gibi, montaj boşluğunun lazer-ark kompozit kaynağın köprüleme performansına elverişli olması nedeniyle tercih edilir. Ayrıca, lazer-MIG ark kompozit kaynak teknolojisi Audi gövdesinin yan tavan kirişi konumunda da uygulanmaktadır.
Otomobil gövdesi kaynak işleminde, lazer-ark kompozit kaynağı, tek lazer kaynağına kıyasla geniş boşluk toleransı avantajına sahiptir; ancak lazer-ark kompozit kaynağı, lazer ve arkın göreceli konumunun, lazer kaynak parametrelerinin, ark parametrelerinin ve diğer faktörlerin kapsamlı bir şekilde değerlendirilmesini gerektirir. Lazer-ark kaynak işleminin ısı ve kütle transfer davranışı karmaşıktır; özellikle heterojen malzeme kaynağının enerji düzenlemesi ve IMC kalınlığı ve doku düzenleme mekanizması hala belirsizdir ve daha fazla araştırma gerektirmektedir.
Diğer otomotiv gövde lazer kaynak işlemleri
Lazer derin füzyon kaynağı, lazer dolgu kaynağı, lazer lehimleme ve lazer ark kompozit kaynağı gibi kaynak işlemleri daha olgun bir teoriye ve geniş bir pratik uygulama alanına sahiptir. Otomotiv sektörünün gövde kaynak verimliliğine yönelik gereksinimlerinin artması ve hafif imalatta farklı malzemelerin kaynaklanmasına olan talebin artmasıyla birlikte, lazer nokta kaynağı, lazer salınım kaynağı, çoklu lazer ışın kaynağı ve lazer uçuş kaynağı dikkat çekmektedir.
Lazer nokta kaynak işlemi
Lazer nokta kaynağı, hızlı kaynak hızı ve yüksek kaynak hassasiyeti gibi üstün avantajlara sahip gelişmiş bir lazer kaynak teknolojisidir. Lazer nokta kaynağının temel prensibi, lazer ışınını kaynak yapılacak parçanın bir noktasına odaklamaktır; böylece o noktadaki metal anında erir ve lazer yoğunluğu ayarlanarak termal iletim kaynağı veya derin füzyon kaynağı etkisi elde edilir. Lazer ışını çalışmayı durdurduğunda, sıvı metal geri akar, katılaşır ve birleşim yeri oluşturur.
Lazer nokta kaynağının iki ana formu vardır: darbeli lazer nokta kaynağı ve sürekli lazer nokta kaynağı. Darbeli lazer nokta kaynağında lazer ışını yüksek tepe enerjisine sahiptir, ancak etki süresi kısadır ve genellikle magnezyum alaşımları ve alüminyum alaşımları gibi hafif metallerin kaynaklanmasında kullanılır. Sürekli lazer nokta kaynağında ise lazer ışını yüksek ortalama güce ve uzun lazer etki süresine sahiptir ve çoğunlukla çelik kaynaklanmasında kullanılır.
Otomobil gövde kaynak işlemlerinde, direnç nokta kaynağına kıyasla lazer nokta kaynağı, temassız ve kendi tasarladığı nokta kaynak yolu avantajına sahiptir; bu da otomobil gövde malzemelerinin farklı bindirme aralıklarında yüksek kaliteli kaynak ihtiyacını karşılayabilir.
Lazer salınımlı kaynak işlemi
Lazer salınımlı kaynak, son yıllarda önerilen ve geniş ilgi gören yeni bir lazer kaynak teknolojisidir. Bu teknolojinin prensibi, lazer kaynak başlığına salınımlı bir ayna entegre ederek lazer ışınının hızlı, düzenli ve küçük bir salınımını sağlamak ve böylece lazer kaynağı sırasında ileri doğru hareket ederken ışını karıştırma etkisini elde etmektir.
Lazer salınımlı kaynak işleminde başlıca salınım yörüngeleri şunlardır: enine salınım, boyuna salınım, dairesel salınım ve sonsuz salınım. Lazer salınımlı kaynak işlemi, otomobil gövdesi kaynak işlemlerinde önemli avantajlara sahiptir; çünkü erime havuzunun akış durumu lazer ışınının salınımıyla önemli ölçüde değişir, bu nedenle işlem, aynı otomobil gövdesi malzemesinin kaynaklanmasında kaynaşmamış kusurları ortadan kaldırabilir, tane inceltmesi sağlayabilir ve gözenekliliği bastırabilir; ayrıca farklı otomobil gövdesi malzemelerinin kaynaklanmasında farklı malzemelerin yetersiz karışımı ve kaynak dikişinin zayıf mekanik özellikleri sorunlarını iyileştirebilir.
Çoklu lazer ışın kaynak işlemi
Günümüzde fiber lazerler, kaynak başlığına takılan bir ışın bölme modülü kullanılarak tek bir lazer ışınını birden fazla lazer ışınına bölmek için kullanılabilmektedir. Çoklu lazer ışını kaynağı, kaynak işleminde birden fazla ısı kaynağı uygulamaya eşdeğerdir. Işının enerji dağılımı ayarlanarak, farklı ışınlar farklı işlevler gerçekleştirebilir; örneğin: daha yüksek enerji yoğunluğuna sahip ışın, derin erime kaynağından sorumlu ana ışındır; daha düşük enerji yoğunluğuna sahip alt ışın ise malzeme yüzeyini temizleyip önceden ısıtabilir ve malzemenin lazer ışını enerjisini emilimini artırabilir.
Çoklu lazer ışınlı kaynak işlemi, galvanizli çelik levhaların kaynaklanması sırasında çinko buharının buharlaşma davranışını ve erime havuzunun dinamik davranışını iyileştirebilir, sıçrama sorununu azaltabilir ve kaynak dikişinin çekme dayanımını artırabilir.
Lazer uçuş kaynak işlemi
Lazer uçuş kaynağı teknolojisi, yüksek kaynak verimliliğine ve kaynak yörüngesinin otonom tasarımına sahip yeni bir lazer kaynak teknolojisidir. Lazer uçuş kaynağının temel prensibi, lazer ışını tarama aynasının X ve Y aynalarına çarptığında, aynanın açısının otonom programlama yoluyla kontrol edilerek lazer ışınının herhangi bir açıda sapmasının sağlanmasıdır.
Geleneksel olarak, otomobil gövdesi lazer kaynağı, kaynak etkisini elde etmek için lazer kaynak başlığını senkronize hareketle yönlendiren kaynak robotuna dayanmaktadır. Bununla birlikte, kaynak robotunun tekrarlayan ileri geri hareketi, kaynak sayısının fazla olması ve kaynak uzunluklarının fazla olması nedeniyle otomobil gövdesi kaynak verimliliğini ciddi şekilde sınırlamaktadır. Buna karşılık, lazer uçuş kaynağı, reflektörün açısını ayarlayarak belirli bir aralıkta gerçekleştirilebilir. Bu nedenle, lazer uçuş kaynağı teknolojisi, kaynak verimliliğini önemli ölçüde artırabilir ve geniş bir uygulama potansiyeline sahiptir.
Özet
Otomotiv sektörünün gelişmesiyle birlikte, gövde kaynak teknolojisinin geleceği hem kaynak işlemi hem de akıllı teknoloji alanlarında gelişmeye devam edecektir.
Otomobil gövdesi, özellikle yeni enerji araçlarının gövdesi, hafifletme yönünde gelişiyor. Hafif alaşımlar, kompozit malzemeler ve heterojen malzemeler otomobil gövdesinde daha yaygın olarak kullanılacak; geleneksel lazer kaynak işlemi kaynak gereksinimlerini karşılamakta zorlanıyor, bu nedenle yüksek kaliteli ve verimli kaynak işlemi gelecekteki gelişim trendi haline gelecek.
Son yıllarda, lazer salınım kaynağı, çoklu lazer ışın kaynağı, lazer uçuş kaynağı gibi yeni ortaya çıkan lazer kaynak yöntemleri, kaynak kalitesi ve kaynak verimliliği açısından ilk teorik araştırmalar ve süreç keşifleri aşamasındadır. Gelecekte, yeni ortaya çıkan lazer kaynak yöntemlerinin otomobil gövdesi hafif malzemeleri, heterojen malzeme kaynağı ve diğer senaryolarla yakından birleştirilmesi, lazer ışın salınım yörünge tasarımı, çoklu lazer ışın enerji etki mekanizması ve uçuş kaynağı verimliliğinin iyileştirilmesi gibi yönlerden derinlemesine araştırılması, olgun bir hafif otomobil gövdesi kaynak yönteminin geliştirilmesi için gereklidir.
Otomobil gövdesi lazer kaynak teknolojisi, akıllı teknolojiyle derinlemesine entegre edilmekte olup, otomobil gövdesi lazer kaynak durumunun gerçek zamanlı olarak algılanması ve proses parametrelerinin geri bildirim kontrolü, kaynak kalitesinde belirleyici bir rol oynamaktadır. Mevcut akıllı lazer kaynak teknolojisi çoğunlukla kaynak öncesi yörünge planlaması ve takibi ile kaynak sonrası kalite kontrolü için kullanılmaktadır. Kaynak kusurlarının tespiti ve parametrelerin adaptif düzenlenmesi konusunda yerli ve yabancı araştırmalar henüz başlangıç aşamasındadır ve lazer kaynak proses parametrelerinin adaptif kontrol teknolojisi otomobil gövdesi imalatında henüz uygulanmamıştır.
Bu nedenle, otomotiv gövde kaynak işleminde lazer kaynak teknolojisinin uygulanmasının özellikleri açısından, gelecekte gelişmiş çoklu sensörlü çekirdek lazer kaynak akıllı algılama sistemi ve yüksek hızlı yüksek hassasiyetli kaynak robotu kontrol sistemi ile geliştirilmesi gerekmektedir. Bu sayede, lazer kaynak akıllı teknolojisinin her aşamasında gerçek zamanlı ve doğru sonuçlar elde edilebilir; "kaynak öncesi yörünge planlaması - kaynak parametrelerinin uyarlanabilir kontrolü - kaynak sonrası kalite çevrimiçi denetimi" bağlantısı aracılığıyla yüksek kalite ve verimli işleme sağlanabilir.
Maven lazer otomasyon şirketi 14 yıldır lazer sektörüne odaklanmaktadır ve lazer kaynak konusunda uzmanlaşmıştır. Robotik kollu lazer kaynak makinesi, masaüstü otomatik lazer kaynak makinesi, el tipi lazer kaynak makinesi gibi ürünlerimizin yanı sıra lazer kaynak makinesi, lazer kesim makinesi ve lazer markalama ve gravür makinelerimiz de bulunmaktadır. Birçok lazer kaynak çözümü örneğimiz mevcuttur; ilgileniyorsanız bizimle iletişime geçebilirsiniz.
Yayın tarihi: 09-12-2022
