Anwendung der Laserschweißtechnologie in der Fertigung Deutschland

Laserschweißen Technologieprozess-Fertigungsanwendung

Eine zuverlässige und vollständige Anwendung der Laserschweißtechnologie erfordert eine Überprüfung unter mehreren Aspekten, einschließlich der Parameter des Laserschweißprozesses, der Verbindungsleistung in Kombination mit numerischer Simulation. Nur dann können wir Prozessparameter ermitteln, die für die Fahrzeugherstellung geeignet sind.

1.1 Forschung zu optimalen Prozessparametern

Gemäß dem Standard, dass keine Schweißspuren auf der Außenfläche zu sehen sind und die Festigkeit höher ist als beim Widerstandspunktschweißen, Laserschweißen Prozesstests wurden an Edelstahlplatten mit unterschiedlichen Dickenkombinationen durchgeführt. Als Ergebnis haben wir die optimale Parameterkombination für das Laserschweißen des Edelstahlkörpers ermittelt.

(1) Laserleistung

Beim Laserschweißen gibt es einen Grenzwert für die Laserenergiedichte. Unterhalb dieses Wertes ist die Schmelztiefe sehr gering. Sobald dieser Wert erreicht oder überschritten wird, nimmt die Einschmelztiefe drastisch zu. Plasmen bilden sich erst, wenn die Laserleistungsdichte auf dem Werkstück den (materialabhängigen) Schwellenwert überschreitet, was den Fortschritt eines stabilen Tiefschmelzschweißens anzeigt. Liegt die Laserleistung unter diesem Schwellenwert, kommt es nur zum Oberflächenschmelzen des Werkstücks und die Der Schweißprozess erfolgt im stabilen Wärmeleitungsmodus. Wenn sich die Laserleistungsdichte jedoch in der Nähe der kritischen Bedingungen für die Bildung winziger Löcher befindet, wechseln sich tiefes Schmelzschweißen und Konduktionsschweißen ab, was zu einem instabilen Schweißprozess führt, der wiederum zu erheblichen Schwankungen in der Schmelztiefe führt. Beim Lasertiefschweißen Beim Eindringschweißen steuert die Laserleistung gleichzeitig die Eindringtiefe und die Schweißgeschwindigkeit. Die Schweißeindringtiefe steht in direktem Zusammenhang mit der Strahlleistungsdichte und ist eine Funktion der einfallenden Strahlleistung und des Strahlbrennflecks. Im Allgemeinen nimmt bei einem Laserstrahl mit einem bestimmten Durchmesser die Schmelztiefe mit der Strahlleistung zu erhöht sich.

(2) Schweißgeschwindigkeit

Die Schweißgeschwindigkeit hat einen wesentlichen Einfluss auf die Einschmelztiefe. Durch Erhöhen der Geschwindigkeit wird die Schmelztiefe geringer. Wenn die Geschwindigkeit jedoch zu niedrig ist, kann dies zu einem übermäßigen Schmelzen des Materials und einer Schweißdurchdringung des Werkstücks führen. Daher gibt es für eine bestimmte Laserleistung und ein bestimmtes Material eine bestimmte Dicke ist ein geeigneter Schweißgeschwindigkeitsbereich, und die maximale Schmelztiefe kann bei dem entsprechenden Geschwindigkeitswert erreicht werden.

(3) Strahlbrennfleck.

Die Größe des Strahlflecks ist eine der wichtigsten Variablen inLaserschweißendenn sie bestimmt die Leistungsdichte. Bei Hochleistungslasern stellt die Messung dieser Dichte jedoch eine Herausforderung dar, obwohl es viele indirekte Messtechniken gibt. Die Beugungsgrenzfleckgröße des Strahlfokus kann nach der Theorie der Lichtbeugung berechnet werden. Aufgrund der Aberrationen in der Fokussierlinse ist der tatsächliche Fleck jedoch größer als der berechnete Wert. Die einfachste praktische Testmethode ist die Equal Temperature Contour-Methode, bei der ein dickes Stück Papier angesengt und nach dem Durchdringen einer Polypropylenplatte der Der Fokusfleck und der Durchmesser des Lochs werden gemessen. Diese Methode beruht auf praktischen Tests, um die Größe der Laserleistung und die Wirkungszeit des Laserstrahls genau zu messen.

(4）Fokusposition

Um beim Schweißen eine ausreichende Leistungsdichte aufrechtzuerhalten, ist die Position des Fokuspunkts von entscheidender Bedeutung. Die Positionsänderung des Fokus relativ zur Oberfläche des Werkstücks wirkt sich direkt auf die Breite und Tiefe der Schweißnaht aus. Laserschweißen erfordert in der Regel einen gewissen Grad an Defokussierung, da die Leistungsdichte in der Mitte des Strahlflecks, auf den der Laser fokussiert ist, zu hoch ist, was leicht zu Verdampfung und Lochstanzungen führen kann. Auf jeder Ebene, die sich vom Laserfokus entfernt, wird die Die Verteilung der Leistungsdichte ist relativ gleichmäßig. Es gibt zwei Arten der Defokussierung: positive Defokussierung und negative Defokussierung. Wenn sich die Fokusebene über dem Werkstück befindet, spricht man von positiver Defokussierung und umgekehrt spricht man von negativer Defokussierung. Gemäß der Theorie der geometrischen Optik liegen die positive und die negative Defokussierungsebene im gleichen Abstand von der Schweißebene , die Leistungsdichte auf den entsprechenden Ebenen ist ungefähr gleich. Die tatsächliche Form des erhaltenen Schweißbades ist jedoch unterschiedlich. Bei der negativen Defokussierung kann eine größere Schmelztiefe erreicht werden, die mit dem Bildungsprozess des Schweißbades zusammenhängt. Experimente haben gezeigt, dass Materialien nach 50 bis 200 μs Lasererwärmung zu schmelzen beginnen, flüssiges Metall bilden und verdampfen, um Dampf unter Raumdruck zu erzeugen, der mit extrem hoher Geschwindigkeit ausströmt und blendend weißes Licht aussendet. Gleichzeitig ist die Konzentration hoch Die Menge an Gasen treibt das flüssige Metall zu den Rändern des Schweißbades und erzeugt eine Vertiefung in der Mitte des Schweißbades. Bei negativer Defokussierung ist die Leistungsdichte im Inneren des Materials höher als an der Oberfläche, was zu einem stärkeren Schmelzen und Verdampfen führt und eine tiefere Übertragung der Lichtenergie in das Material ermöglicht. Daher wird in praktischen Anwendungen eine negative Defokussierung verwendet, wenn eine größere Fusionstiefe erforderlich ist; Beim Schweißen dünner Materialien ist eine positive Defokussierung sinnvoll.

(5) Stufenweise Anstiegs- und Abfallsteuerung der Laserleistung an den Start- und Endpunkten des Schweißens

Beim Tiefschweißen mit dem Laser besteht das Problem der Porosität immer, unabhängig von der Tiefe der Schweißnaht. Wenn der Schweißvorgang beendet und der Netzschalter ausgeschaltet wird, entsteht am hinteren Ende der Schweißnaht eine Vertiefung. Außerdem kann es zu einer übermäßigen Absorption des Laserstrahls kommen, wenn die Laserschweißschicht die ursprüngliche Schweißnaht bedeckt. Dies führt zu einer Überhitzung der Schweißverbindung oder zur Bildung von Gasporen. Um die oben genannten Probleme zu verhindern, kann ein Programm für die Start- und Stopppunkte der Kraft erstellt werden, wodurch die Start- und Stoppzeiten einstellbar sind. Das heißt, die Startleistung wird innerhalb kurzer Zeit elektronisch von Null auf den eingestellten Leistungswert hochgefahren und die Schweißzeit angepasst. Wenn der Schweißvorgang schließlich beendet ist, verringert sich die Leistung allmählich von der eingestellten Leistung auf Null.

1.2 Leistungstest des Steckverbinders

An den lasergeschweißten Verbindungen der Edelstahl-Karosserie wurden gemäß einschlägiger Normen Zug-Scher-Tests, Ermüdungstests und Analysen der Mikrostruktur der Verbindung durchgeführt. Zusammenfassend lässt sich der Zusammenhang zwischen Festigkeit, Aussehen und Nahtform ermitteln der Edelstahl-Laserschweißverbindung und die Parameter des Laserschweißprozesses ermittelt. Dies stellt eine Grundlage für die Steuerung der Produktion dar. Die Testergebnisse zeigen, dass bei gleicher Plattendickenkombination die Ermüdungsleistung, die Scherzugbelastung und die Erscheinungsbildqualität der lasergeschweißten Verbindungen von Edelstahlplatten denen von Widerstandspunktschweißverbindungen überlegen sind .

1.3 Numerische Simulationsforschung

Mithilfe einer Finite-Elemente-Berechnungssoftware wird die Form des Schmelzbades der lasergeschweißten Verbindung simuliert. Daraus ergibt sich die Mikroform der Verbindung unter verschiedenen Kombinationen von Prozessparametern, wodurch die mikroskopischen Abmessungen der Schweißnaht ermittelt und die Festigkeit der Schweißnaht beurteilt werden kann. Durch Überprüfung weist das mathematische Modell eine hohe Genauigkeit auf. In der Produktion können technologische Parameter durch numerische Berechnungen ermittelt werden, wodurch die Anzahl der Tests reduziert und der Verbrauch an Arbeitskräften und Materialressourcen gesenkt wird.

1.4 Grundform des Gelenks

Die Grundform der getesteten Verbindungen ist in Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle 1 Grundformen von Gelenken

Anzahl	Gelenkform	Steckerdiagramm	Plattendickenbereich/mm
1	Stoßverbindung		t ≤ 4
2	Überlappungsverbindung		t1+ t2 ≤6
3	T-Stück		t1 ≥1

1.5 Prozessbewertung

Gemäß den einschlägigen Standards werden durch theoretische Untersuchung der Prozessparameter und Verifizierung durch verfahrens- und physikalisch-chemische metallografische Tests eine Prozessbewertung und ein Bericht erstellt, die eine theoretische Grundlage für die Steuerung der tatsächlichen Produktion bieten.

 Laserschweißen Nahtqualitätsprüfung und -analyse

Im Hinblick auf die Qualitätsprüfung und -kontrolle ist es besonders wichtig, die Qualität des gesamten Produktionsprozesses des Laserschweißens zu kontrollieren, da es sich bei einigen Laserschweißnähten um nicht durchdringende Laserschweißnähte handelt. Vor der Herstellung des Schweißvorgangs ist eine Überprüfung des Lasers erforderlich Schweißen des Werkstücks und Validierung der Stabilität von Parametern wie der Leistung der Laserschweißausrüstung und der Schweißgeschwindigkeit. Während des Schweißproduktionsprozesses sollte eine strikte Montage gemäß der Prozessmethode durchgeführt werden. Neben der Sicherstellung, dass die Schweißnahtoberflächen eng aneinander anliegen, ist es auch notwendig, die Schweißqualität während des Schweißprozesses in Echtzeit zu überwachen. Durch den Einsatz direkter oder indirekter technischer Mittel ist es notwendig, zu analysieren und zu bestätigen, ob die Schmelztiefe von Das Laserschweißen entspricht den Qualitätsanforderungen und die gespeicherten Aufzeichnungen sind rückverfolgbar. Gleichzeitig verfügt es über die Funktionen Alarmmeldung oder Anpassung der Schweißparameter durch die geräteeigene adaptive Funktion zum Ausgleich. Nach Abschluss des Schweißvorgangs ist neben der notwendigen Sichtprüfung der Schweißnaht auch der Einsatz von Ultraschall erforderlich Zerstörungsfreie Prüftechnik zur Überprüfung der Schmelztiefe der Schweißnaht. Letztendlich wird dadurch sichergestellt, dass die Schmelztiefe der nicht durchdringenden Laserschweißnaht im kontrollierten Bereich liegt, wodurch eine vollständige Prozesskontrolle der Schweißqualität gewährleistet ist.

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es nicht durchdringend ist Laserschweißen Der Prozess kann verschiedene Schweißverformungen beim Seitenwand-Widerstandsschweißprozess beheben, die Schweißqualität verbessern, das herkömmliche Widerstandspunktschweißen durch Laserschweißen ersetzen, die Festigkeit der Schweißverbindung erhöhen, die äußere Qualität der Fahrzeugkarosserie verbessern und die Produktionseffizienz steigern. Gleichzeitig hat der Wandel der Technologie zur Herstellung von Schienenfahrzeugen aus rostfreiem Stahl die Wettbewerbsfähigkeit unseres Unternehmens in dieser Branche erhöht. Der Einsatz der Laserschweißtechnologie bei Schienenfahrzeugen verbessert nicht nur die Gesamtqualität von Schienenpersonenwagen, sondern erhöht auch den internationalen Wettbewerbsvorteil chinesischer Schienenpersonenwagen.