自動車産業におけるレーザー溶接機

40 年以上前、レーザーが誕生し、世界を興奮させる強力な機能を実証しました。長年にわたる発展を経て、レーザー技術はさまざまな分野に浸透し、重要な役割を果たしています。自動車産業では、レーザー技術はさらに独特で、レーザー溶接、レーザー穴あけ、レーザーマーキングが広く使用されています。

1. レーザー技術の定義
レーザーは 1960 年代の新しい光源です。単色性が良く、指向性が強く、輝度が高いなどの特徴を持っています。軟X線から遠赤外線に至るまでの波長を持つ、何千ものレーザー作動物質が発見されています。レーザー技術では、偏光ミラーを使用してレーザーによって生成されたビームを反射し、集束装置でビームを集中させ、膨大なエネルギーのビームを生成します。焦点がワークピースに近い場合、主力材料は数ミリ秒以内に溶けて蒸発し、この効果を溶接プロセスで使用できます。

2. レーザー溶接技術の実現可能性
レーザーは一般に、レーザー光を生成するさまざまな作動物質に応じて分類され、主に半導体 (GaAs、InP など) レーザー、固体 (Nd: YAG など) レーザー、ガス (CO2、He-Ne など) に分類されます。）レーザー、液体（波長可変色素など）レーザー、化学レーザー、自由電子レーザーなど。その中でもガスレーザーは、ガスや金属蒸気を発光粒子として使用し、最も種類が多く、励起モードが最も多様で、レーザー波長分布領域が最も広く、高出力の連続発光を最も容易に実現できるクラスのレーザーです。出力であり、最も広く使用されています。固体レーザーは、固体マトリックスにドープされたレーザー粒子を生成し、その濃度はガスよりも高いため、比較的大きなレーザーエネルギー出力を得ることができ、大きなエネルギー、高いピークパワー、コンパクト、固体、耐久性があり、すぐ。レーザー溶接は主にこれら2つの励起材料レーザーを使用して行われます。

製造分野におけるレーザー溶接技術の応用は、パルスから連続、低出力から高出力、薄板から厚肉部品、単純なシングルシームから複雑な形状まで着実に成長しており、レーザー溶接は継続的に進化しています。徐々に成熟した現代の加工技術になります。レーザー溶接はパルスレーザー溶接と連続レーザー溶接に分けられ、連続溶接では熱伝導溶接と深溶け込み溶接に分けられます。レーザー出力の向上、特に高出力 CO2 レーザーの出現により、国内外のレーザー深浸透技術が急速に発展し、最大の溶接深さ対幅の比は 12:1 に達し、レーザー溶接材料は 12:1 に達しました。軟鋼の一般的な開発から、今日の亜鉛メッキ板、アルミニウム、チタン、銅、セラミック材料の溶接に至るまで、レーザー溶接速度は毎分数十メートルに達し、レーザー溶接技術はますます成熟し、生産ラインへの多数の応用が行われています。歯車溶接、自動車フロアおよび構造部品（ドアボディを含む）の高速溶接などの自動車生産ラインでの使用により、大きな経済的および社会的利益を達成しています。

関連する統計によると、ヨーロッパと米国の先進工業国では、自動車部品の 50% -70 パーセントがレーザー加工で完成されています。主にレーザー溶接と切断ベースであり、自動車産業におけるレーザー溶接は標準的なプロセスとなっています。ボディパネルのレーザー溶接では、異なる厚さと異なる表面コーティング層の金属板を溶接し、プレス加工することで、最も合理的な金属の組み合わせを実現するパネル構造を作成できます。レーザー溶接の速度は約4.5m/minで変形が少なく、二次加工が不要です。レーザー溶接は、鍛造部品を打ち抜き部品に置き換えるプロセスを加速します。レーザー溶接の使用により、ラップ幅と一部の補強部品が減少し、車体自体の構造部品の体積も圧縮されます。これだけで本体重量は56kg減ります。レーザー溶接は、ルーフシェルとフレームの溶接、およびトランスミッションコンバーターカバーの溶接に使用されます。CNC 制御で、サイクルタイムは約 16 秒、実際の溶接時間はわずか 3 秒で、長期間連続運転できます。 1日24時間。小型車のトランスミッションアセンブリとシャーシの溶接に使用されます。レーザービームの溶接速度は自動化が容易で、制御および柔軟な製造システムへの統合が容易です。レーザービームはメーカーの製品設計と生産サイクルを改善し、完成品のスクラップ率を削減します。。

3. 自動車産業におけるレーザー溶接機
レーザー溶接の使用は、自動車製造業界に多大な経済的利益をもたらすことができます。たとえば、多数のスポット溶接での車体組み立て、ワークの端にクランプされた2つの溶接ヘッドによる溶接、フランジ幅16mmが必要、レーザー溶接の必要性などです。片面溶接、わずか5mm、レーザー溶接のスポット溶接により、各車両で40kgの鋼材を節約できます。従来のスポット溶接では、2枚の0.8mm鋼板スタンピング部品を溶接します。平均は20ポイント/分、溶接距離は25mm、つまり速度は0.5m/分で、レーザー溶接速度は次のとおりです。 5m/分以上に達します。レーザー溶接技術の使用により、コストを削減するだけでなく、生産効率も大幅に向上します。現在、キロワット級のレーザー加工ロボットシステムのセットは数十万ドルにもなり、新しいレーザーの安全性と信頼性も保証されており、その故障ダウンタイム率はわずか2％であり、保護対策も非常に信頼性が高いです。レーザー溶接では、ワークピースの接触面を厳密に一致させる必要があり、これをプロセスで実現するのは容易ではありませんが、現在の高度なクランプ方法とレーザー溶接フランジの設計に適しているため、この問題は解決されており、レーザー溶接技術は徐々に成熟しています。大手自動車メーカーの自動車生産ラインのレーザー溶接は例外なく採用されています。

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あり、デトロイト地域の米国自動車産業センターには、自動車の金属部品の切断や歯車の溶接のための 40 を超えるレーザー加工ステーションがあり、自動車の改造が行われています。 5年が2年に短縮されました。米国のゼネラル・モーターズは22のレーザー加工生産ラインを導入し、米国のフォード・モーター社はセダンの車体の溶接に産業用ロボットと組み合わせたNd:YAGレーザーを使用して製造コストを大幅に削減し、2000年には米国の大手自動車会社3社が導入した。抵抗スポット溶接生産ラインの 50% がレーザー溶接生産ラインに置き換えられました。日本では、薄鋼板スタンピング成形の新工法によるレーザー溶接の導入で自動車車体製造など、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、現在では世界の自動車のほとんどを占めています。メーカーも追随するだろう。世界の主要な自動車会社の多くは、特別なレーザー溶接生産ラインを構築しています。ティッセン鋼鉄の自動車床溶接生産ライン、フォルクスワーゲン自動車工場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8工場中18工場にはレーザー加工装置が設置されています。

レーザー溶接機は自動車業界で、特に車体の溶接や接合されたブランクの溶接に使用されます。市場と顧客の要求を満たすためには、ボディと製造プロセスの改善が非常に必要であり、車のボディの価値は車の総価値の約1/5であり、ボディをレーザー溶接プロセスを使用して、耐衝撃性と耐疲労性が大幅に向上し、車の品質が向上します。レーザー溶接はコンピューター制御を使用しているため、強い柔軟性と可動性を備えており、ドアパネル、フェンダー、ギア、インパネなどの特殊な形状の溶接が可能であるだけでなく、ルーフやサイドも完成させることができます。自動車のエンジンフレームやラジエターフレームなどの組立部品を光ファイバー伝送システムやロボットハンドと組み合わせることで、自動化された自動車組立ラインを実現できます。約3KWの光ファイバー伝送Nd:YAG連続レーザーとスポット溶接システムおよび生産ライン治具を使用することで、自動溶接の目的を達成することができ、ゼネラルモーターズ、メルセデスベンツなどが生産ラインでこのシステムを採用しています。最新モデルのレーザー溶接システムは、効率、経済性、安全性、強度、耐食性の点で完璧な加工の要件をほぼ達成でき、優れた性能を備えています。最新車種の生産ラインではレーザー溶接システムが採用されています。

車体やシャシーは300種類以上の部品で構成されていますが、レーザー溶接を使用すると、材料の厚さ、グレード、種類、グレードに関係なく、ほぼすべての部品を溶接してさまざまな形状の部品を作ることができ、柔軟性が大幅に向上します。自動車のデザインのこと。ビレットの接合は、コンポーネントの設計の最適化に基づいて車体構造を完全に分析するため、数種類のビレットからいくつかの典型的なビレット溶接を行うことができ、金型の数が大幅に削減され、使用率が向上します。材質の違いだけでなく、部位ごとに要求される強度も異なる厚さのビレットをプレス成形に使用することで、軽量化と精度の向上を図るだけでなく、耐食性や安全性能も大幅に向上しました。ボディ構造も大幅に簡素化されています。トヨタのサイドエンクロージャ生産ラインは、スプライシングブランク溶接技術を使用し、金型の数を4つに減らし、材料利用率を65パーセントにし、その他の部品を追加することで、1台あたりのコストを30ドル以上削減し、生産性を大幅に向上させました。自動車メーカーのメリット。

現在、海外では、ドイツのフォルクスワーゲンのアウディA6、ゴルフA4、パサートなどのブランドのルーフがレーザー溶接されており、BMW、ゼネラルモーターズのフレーム上部にもレーザー溶接が使用されており、ゼネラルモーターズ、トヨタ、フォード、BMW、フィアット、メルセデスベンツ、フォルクスワーゲンはレーザースプライシングプレート技術を使用しており、米国のビッグスリー、ドイツのメルセデスベンツはレーザー溶接されたトランスミッションコンポーネントを使用しています。フォルクスワーゲン、ゼネラルモーターズ、メルセデスベンツ、日産はレーザー切断技術を応用し、フィアットとトヨタはエンジン排気バルブ、フォルクスワーゲンエンジンカムシャフトにレーザーコーティングを施し、レーザー表面硬化処理を実現しました。

国内では、パサート、ビュイック、アウディなどの国産の高品質モデルからレーザー溶接が使用され、国内で初めてレーザー溶接技術を使用し始めました。レーザー溶接技術（レーザー溶接ではなく）は、一汽フォルクスワーゲンが最先端であり、国内自動車メーカーの一部も徐々にこの技術を使用し始めています。レーザー技術は現在、一汽汽車の応用であり、一汽フォルクスワーゲン AudiA6 のトップと BORA のバックカバーはレーザー溶接を使用しています。Sagitar (サジター) は、ボディのトップ、バックカバー、およびその他の部分のレーザー溶接技術であり、溶接の長さは 200 以上です。 30メートル。一汽はドイツのHassYAG 3KWレーザーとKukaロボットの設備を使用、一汽汽車会社はレーザー切断を使用したセダンボディ外装部品を使用、ドイツのARNOLD 3KW三次元5軸CO2レーザー加工機を使用、一汽車のシャシー部品はレーザーを使用した工場ブレーキシューを使用焼入れ、国産2KW CO2レーザー加工機設備使用、一汽金型センター薄板部品のレーザー切断、国産1.5KWCO2レーザー加工機設備使用。レーザー溶接技術の成熟とレーザー溶接機の価格低下に伴い、中国の奇瑞汽車もレーザー溶接技術を採用し始めました。

4. レーザー技術の展望

従来の自動車溶接プロセスにおけるレーザー溶接技術は、大手自動車会社がこれに対して非常に前向きな姿勢を示しており、新技術の使用は競争力の強化、特に自動車業界における熾烈な競争に影響を与えています。アルミニウムの溶接におけるレーザー溶接技術、鋳物に代わる溶接部品、および全身フレーム構造の溶接応用は最大の将来であり、レーザーメーカーはレーザーの可動性、作業量などの面でビジネスチャンスを掴み、光ファイバーを活用する必要があります。透過型レーザーなので、自動車生産ラインのニーズにより適しています。湖北光学光学システム有限公司など、一部の国内レーザー製品メーカーはこれを徐々に実現しており、光ファイバーカップリングを使用したパルスNd:YAGレーザー溶接機の生産、集束、使いやすく、レーザーヘッドを離れた場所からでも使用できます。溶接ゾーン、レーザーの性能は安定していて信頼性が高く、長寿命ですが、伝統的な光学システムも使用しており、レーザーはレーザー溶接、レーザー切断、パンチングの両方を行うことができます。 1 台のマシンで多目的に使用でき、特にレーザー加工ワークショップや自動生産ラインに適しています。

5. まとめ

21世紀の自動車産業は柔軟なモジュール生産モードに従ってユーザーの要求に踏み込んでおり、従来の加工技術では新しい生産モードのニーズを満たすことができず、レーザー溶接技術の大規模応用が機会を与えています。自動車分野におけるレーザー溶接技術やその他のレーザー加工技術は今後さらに発展し、自動車産業における重要な加工方法となるでしょう。