自動車製造におけるレーザー溶接技術の効果的な応用
レーザー溶接技術は、高効率で溶接プロセスの柔軟性が高いという特徴があり、自動車製造プロセスにおいて、自動車車体の溶接やさまざまな種類の自動車部品の溶接に使用でき、車体全体の重量を軽減し、車体の組立精度を向上させ、自動車製造の軽量化と安全性能向上の要求に応えると同時に、組立費やプレス費などの自動車製造コストを削減し、車両の一体化度を向上させることができます。車体。 したがって、レーザー溶接技術をどのように積極的かつ効果的に適用するかが現在の自動車製造企業にとって考慮すべき課題となっており、以下ではレーザー溶接技術の適用について具体的に説明する。
1. レーザー溶接技術の概要
1.1 レーザー溶接技術の原理
レーザー溶接の本質は溶融溶接技術に属し、レーザービームを主エネルギー源として、特定の衝撃を通じて溶接物の溶接作業を完了します。 レーザービームは光発振器を介して生成する必要があり、金属表面に高出力レーザービームを照射し、溶融金属液体が蒸発孔を包み込むと金属を素早く蒸発させることができ、応力反応および加熱および冷却方法を行うことができます。 、溶接の形成、そして最終的に金属の溶接が完了します。 レーザービームの出力が異なると密度も異なり、溶接の深さも溶接の深さに影響します。レーザービームの密度が増加すると、溶融の深さが増加し、溶接が深くなります。 逆に、融合の深さの程度が減少し、融合の深さが浅くなります。
1.2 レーザー溶接技術のメリットとデメリット
レーザー溶接技術は現在の自動車製造において重要な役割を果たしています。 実際の溶接では熱の影響を受ける範囲が少なく、変形量も少ないのが主な特徴です。 溶接の品質と精度はより高く、品質保証を前提として美観の程度を保証できます。 特定の溶接作業はより柔軟で高効率で、企業のニーズを満たすことができます。 工事騒音も小さく、省エネ効果も抜群です。 脆性材料、高強度、高融点材料の溶接に適しています。
ただし、レーザー溶接技術には、溶接位置に対する高い要件と、溶接要件の範囲に注意を払う必要があるという欠点もあります。 厚みのある素材には不向きです。 溶接材料の熱伝導率が高い場合、溶接効果に影響を与えます。 エネルギー変換効率は低いですが、溶接チャンネルの凝固時間が速いため、溶接効果がある程度制限されます。
2. レーザー溶接技術の実用化
2.1 レーザー自己溶融溶接
レーザー溶接技術において、レーザー自己溶融溶接とは、2つ以上の溶接部分を指し、全体として凝集した後の溶融および冷却プロセスで、効果的な溶接が完了します。 レーザー自己溶融溶接ではフラックスを添加する必要がなく、溶接を完了することができ、溶接コストを節約できます。 具体的な動作としては、レーザー光線の作用により溶接部の表面温度が短時間で沸点に達し、金属が蒸発し、図1に示すように反動圧力で穴が発生します。金属蒸気と液体金属の表面張力、重力が平衡状態に達すると、穴は深くならず、レーザー深融着溶接の完了後に閉じた穴の深さは安定します。 現在、自動車製造において、レーザー自己溶融溶接の適用範囲はさらに拡大しており、溶接の本体、グループ溶接、および溶接の部品によく使用されています。 現在、フォルクスワーゲンブランドのMaiteng、Touguan、Sprintの製品は、溶接側が溶融溶接法で行われています。 ロゴやシトロエンの一部モデルでは、ドアの溶接にもレーザー自己融着溶接が使用されています。 また、溶接シームの分類の種類に応じて、一般に単一の直線状の溶接シーム、複数の非直線状の溶接シームなどのさまざまなタイプがあります。単一の溶接シームは製造プロセスが単純であるため、今では広く使われています。
1985年にドイツのフォルクスワーゲンがアウディモデルのシャーシ溶接に最初期のレーザー溶接を採用し、1986年に日本のトヨタがボディサイドフレームの溶接にアドワイヤーレーザー溶接法を使用しました。 北米におけるレーザー溶接技術の大量適用は1993年であり、そのとき米国は日本車との米国自動車の競争力を向上させるために2mmプロジェクトを推進した。 これまで、世界のほぼすべての大手自動車メーカーが、ボディサイドフレーム、ドアパネル、フロントガラス窓枠、ホイールカバーパネル、フロアパネル、中間ピラーなどの自動車構造部品に多数のレーザー溶接技術を採用しています。 。
米国は自動車産業に最も早く高出力レーザーを導入した国でもあり、デトロイト地域の米国自動車産業センターには、歯車の切断や溶接などの自動車金属部品に使用されるレーザー加工ステーションが数十台あり、自動車のモデルチェンジ期間を5年から2年に短縮。 ゼネラルモーターズは20以上のレーザー加工生産ラインを使用し、米国のフォード・モーター・カンパニーはセダンの車体を溶接するために産業用ロボットと組み合わせたNd:YAGレーザーを使用し、製造コストを大幅に削減しました。2000年には、米国の大手自動車会社3社は、抵抗スポット溶接の生産ラインをレーザー溶接の生産ラインに置き換えました。
日本では自動車車体製造などで世界が注目する生産ラインへのレーザー溶接の適用に成功し、新工法の薄鋼板スタンピング成形のレーザー溶接の導入に成功し、現在では世界のほとんどの自動車メーカーが導入しています。それに倣う。 世界の多くの有名な自動車会社が特殊なレーザー溶接生産ラインを構築しています。ティッセン・スチールの自動車床溶接生産ライン、フォルクスワーゲンのギアレーザー加工生産ライン、メルセデス・ベンツ自動車工場の18工場のうち8工場にレーザー加工装置が設置されています。
2.2 レーザーフィラー溶接
レーザー溶接技術におけるレーザー隅肉溶接の原理は、溶接シームに特定の溶接材料を追加し、充填された溶接材料をレーザービームで溶かすことによって溶接継手を形成することです。 レーザー隅肉溶接には、レーザー溶接の範囲を拡大するという点と、より低い出力レベルでより高い溶接効果で厚い板を溶接できるという点の両方において、従来の非隅肉溶接方法に比べて明らかな利点があります。 レーザーフィラーワイヤ溶接の適用では、ワイヤを溶かすだけでなく、母材も溶かすため、母材に小さな穴が形成され、ワイヤと母材が接合されることに注意してください。完全な溶融を行い、新しい混合溶融プールを生成します。 混合溶融池とワイヤ、母材には明らかな違いがあり、溶接部の摩耗度が高いことを保証するために、溶加材としてワイヤの合理的な組成を使用する際に、母材自体のいくつかの性能上の欠点を改善できます。抵抗と耐食性。
2.3 レーザーアーク複合溶接
レーザー溶接におけるレーザーアーク複合溶接の原理は、溶融池中でレーザー熱源とアークを組み合わせて溶接を実現することです。 溶接原理を図2に示します。この溶接方法は、変形が小さく、高速で、適応性が高いという特徴があります。
ドイツのアウディ社のシリーズ車生産において、最も重要な全アルミニウムボディの溶接にはレーザーアーク複合溶接プロセスが適用されています。 車体は高級アウディ A8 シリーズの第 2 世代であり、衝撃安全性とねじれや変形に対する耐性を考慮して設計されています。 レーザー アーク複合溶接はすべての要件を満たし、強い靱性、高強度、深い溶融深さを示します。 この車に対する顧客の高い期待に応えるには、車の製造品質を確保するためにあらゆる細部を完璧にする必要があります。 レーザーハイブリッド溶接の狭い溶接シームは、外観に対する要求が高いワークピースに使用でき、ボディフレーム上部のコーナーをプラスチックストリップで埋める必要がありません。 軽自動車の製造分野では、上記のすべての要件に加えていくつかの特別な条件を満たす必要があり、オールアルミニウムボディの製造プロセスはこれらの要件に関してさらに厳しいものとなります。
2.4 レーザーリモート溶接
レーザー溶接技術では、レーザーリモート溶接は、高速走査振動レンズの助けを借りて、さまざまな出力のレーザービームで部品を溶接することで、長距離にわたって処理できます。 その独自の技術的利点により、現在、メルセデス・ベンツのパノラマサンルーフやフォルクスワーゲン、アウディのサイド溶接に多数採用されています。 現在の自動車製造におけるレーザーリモート溶接の応用には、次のような利点があります。
(1) 位置決め精度が高く、高速溶接を実現でき、自動車企業の製造ニーズに対応します。
(2) 異なる構造強度の溶接を組み合わせて、さまざまな溶接形状のニーズを実現できます。
レーザーリモート溶接には、材料と装置の面で高い需要があります。 部品の板厚が厚いと溶接深さを浅くすることができず、溶接部のせん断強度が低下します。
2.5 レーザーろう付け
レーザー溶接技術の中で、レーザーろう付け技術は、美しい形状と強力なシール、および溶接シームの高強度という利点があります。 具体的な原理は、溶接ワイヤを溶かして溶接部分を埋めた後、ろう付け層まで溶接ワイヤの表面にレーザー光を集中させて溶接を完了することです。 この方法は融着に似ていますが、実際には母材を溶かしません。 そのため、ろう材の融点は母材の融点よりも低い必要があり、液状ろう材を使用することで効果的なはんだ付けが可能となります。 原理を図 3 に示します。
レーザーろう付けは現在、フォルクスワーゲン、ハイマ、チェリー、アウディのトランク コンパートメントの蓋の溶接に使用されており、キャデラック、ポルシェ、フォード、フォルクスワーゲンのルーフおよびサイド パネルの接合にも時々使用されています。 この技術を使用する場合、溶接プロセスは多くの要因、特にプロセスパラメータの影響を受ける可能性があることに注意することが重要です。 たとえば、レーザーろう付けの有効性を確保するには、実際の溶接に合わせて溶接速度、レーザー出力、スポット径を調整および設計する必要があります。
レーザーろう付け用の装置には通常、ロボットアームに一体化されたろう付け加工レンズが必要です。 レーザービームはプレートの接合部に焦点を当て、溶接ワイヤ（銅 - シリコンワイヤなど）を溶かして部品を接合します。 このプロセスの成功により、溶接に近い接合強度が得られ、見た目にも美しい溶接シームが得られます。 レーザーろう付けによって生成される溶接部は、高いシール性、滑らかさ、清潔さで知られています。 その結果、ろう付け製品は再加工がほとんど必要ありません。 たとえば、車体は洗浄後に直接塗装することができます。
レーザーろう付けの分野における Laserline ダイオード レーザーの有用性は世界中で高く評価されています。 800 を超える LDF ダイオード レーザーが、世界中の自動車車体アセンブリ用途で長期使用に成功しています。 高品質のレーザーろう付けは、高い溶接強度と低い熱影響だけでなく、溶接接合部の美観に対する高い要求によっても特徴付けられます。 半導体レーザーの加工上の主な利点は、安定した溶融池が生成されることです。 さらに、Laserline が開発した 3 スポット モジュールは、ろう付け用途においてさらなる利点をもたらします。ろう付けが難しい溶融亜鉛めっき鋼板を溶接する場合でも、この技術により、溶接速度を犠牲にすることなく高品質の溶接接合が可能になります。
レーザーろう付けは、長い間、自動車ボディの製造において主流のプロセスでした。 しかし、車体への亜鉛メッキ鋼板の使用量の増加に伴い、ろう付け時の飛散粒子の増加やワイヤー接合部の波打ちなど、加工速度を落とすことで回避する必要があるという問題が発生しています。 laserlineは、この問題に対する画期的な解決策を開発しました。メインスポットの前にサイドスポットを配置したマルチスポットモジュールを使用することで、最初に溶接部の周囲から亜鉛メッキ層を除去することができ、溶接部から亜鉛メッキ層を除去することが可能になります。溶接。 これにより、溶接シーム周囲の亜鉛めっき層を最初に除去することができるため、ろう付け速度を低下させることなくスムーズなろう付けプロセスが保証されます。 このプロセスは業界で好評を博しています。
従来の亜鉛亜鉛めっきダイオードレーザーろう付けでは、シングルスポット技術が使用されています。 レーザー光源はろう付けロボットに組み込まれています。 ダイオードレーザーによって生成される溶融池が安定化するため、銀または真鍮基板のレーザークラッディングが可能です。 溶接部は見た目にも美しく、高品質です。 LDF ダイオード レーザーの動作安定性は、ドイツのヴォルフスブルクにある Volkswagen Touran のろう付け用に 4 kW YAG レーザーと 6 kW ダイオード レーザーを比較することにより、量産で証明されました。
3. 結論
自動車製造業界にとって、レーザー溶接技術が異なれば利用価値も異なります。 自動車のさまざまな部品に合理的な溶接方法を選択することは、自動車製造の全体的な品質の向上に役立ち、溶接コスト、溶接効率も自動車企業のニーズを満たすことができます。 このため、本論文はレーザー溶接技術の原理と長所と短所を分析し、自動車製造におけるレーザー自己融解溶接、レーザーワイヤ充填溶接、レーザーアーク複合溶接、レーザーリモート溶接、およびレーザーろう付けの適用効果を調査します。自動車製造に溶接経験を提供し、自動車企業の溶接レベルを向上させ、自動車製造業界の健全で持続可能な発展を促進します。 www.DeepL.com/Translator で翻訳 (無料版)
