雷は壊れない、自動車の背後にある 7 つの主要な溶接プロセスが明らかに

誰もが知りたいのは、自動車をどのようにして別々のプレス部品の山から一体のボディに変えることができるかということです。

既存の接続技術の中で、最も一般的に使用されているのが溶接です。通常の自動車の白ボディのはんだ点の数は 1,000 を超え、通常は 2,000 ～ 6,000 に達することがあります。この特定の数値は、より多くのはんだ接合を備えた車両の強度が向上する必要があることを示すものではありません。実際、現状から見て、自動車車体に使用されている主要な接続技術の中で、依然として溶接が主要な技術手段であることを明確にしたいだけです。その主な理由は、このプロセスの操作方法が比較的単純であり、プロセスが比較的安定しているためです。同時に、最終的な品質が一定の基準に達することを保証でき、高い作業効率も実現できます。

ホワイトボディの溶接プロセスを一言で説明すると、接続速度が非常に速く、プロセス中に火花と熱が発生し、最終接続の品質が非常に強力で信頼性が高いため、結果は「速くて壊れない」ということになります。

いわゆる溶接のことを溶接、溶着とも言います。その原理は、加熱手段、高温条件、または高圧環境を適用することによって、金属やプラスチックなどの他の熱可塑性材料などの物質を接続することです。もっと簡単に説明すると、2つの部分を一緒に加熱することです。

これは、象を 3 つのステップで冷蔵庫に入れるのと似ています。溶接作業も 3 つの部分に分けることができます。つまり、最初に物を加熱し、次に物を溶融状態または半溶融状態に保ち、最後に冷却して接続の目的を達成します。

溶接工程の分類基準

溶接プロセスには次のような多くの分類基準があります。

1. 自動化の程度に応じて、手動溶接と自動溶接の 2 つの状況に分類できます。この意味は実際には非常に単純です。いわゆる手動溶接とは、実際には作業者が手動の溶接クランプを操作して溶接作業を行うことを指します。いわゆる自動溶接とは、ロボットに溶接クランプが装備されており、ロボットが自動動作して溶接作業を完了するものです。

2. エネルギー源から分けると、抵抗溶接、アーク溶接、レーザー溶接の可能性などに分けられます。プラズマ溶接も存在し、ガス火炎溶接もカテゴリに含まれます。摩擦溶接も含まれます。超音波溶接なども含まれます。

3. この溶接方法は、さまざまなプロセス原理に基づいて分類すると、圧接、融接、ろう付けの 3 つの主要なカテゴリに分類できます。

a) この圧接プロセスは、溶接プロセス中に溶接部に圧力を加える必要がある方法を指します。各種金属材料および一部の金属材料を加工するカテゴリーに属します。

あまり高温にする必要がないのと同時に、加工が安定して狂いにくく、コントロールしやすい形状という特徴があります。私たちの日常用途で最も一般的に使用される抵抗スポット溶接法は、明らかにこのカテゴリーに属する製品です。

b) いわゆる融着とは、接合するワークピースを加熱して局所的に溶融させ、溶融池と呼ばれる液体領域を形成することを指します。溶融池がゆっくりと冷えて固まるのを待ってから接続します。必要に応じて、補助的な役割を果たすためにいくつかの充填金属材料を追加することができます。このプロセスは、さまざまな金属および合金の加工に適しています。圧力を加える必要はありません。特にわかりやすい方法で説明できます。それは、2つの部品が接合されている接合部を直接溶かすことであり、液体状態に溶けた材料は溶融池を形成して結合します。これらの材料が完全に冷えると、全体が完全に一体化します。私たちが日常的に耳にするレーザー溶接も実はこの溶接技術です。

c) いわゆるろう付けとは、母材よりも融点の低い金属材料を溶加材として使用することです。溶けた液体はんだを使用して母材を湿らせます。次に、液体はんだを接合部の隙間に埋めます。そして、溶加材と母材を相互に拡散させます。

最後に、溶接部を接続するという目的が達成されます。様々な材質の溶接作業に適した加工方法です。異金属間や異種材料間の溶接にも適しています。非常に特徴的な特徴を持っています。つまり、接合部の充填材としてはんだを追加して使用する必要があります。

4. シールドガスの観点から分類できます。この場合、ノンガスシールド溶接、炭酸ガスシールド溶接に分けられ、さらに溶融電極不活性ガスシールド溶接を指すMIG溶接とも言えます。溶融電極活性ガスシールド溶接であるMAG溶接もあります。最後に TIG 溶接があります。これはタングステン不活性ガスシールド溶接を意味します。

Automobilbauにおける 7 つの主要なレーザー溶接プロセス

1. フライング溶接

レーザーフライト溶接の技術は、リモート溶接の利便性、検流計のスキャン速度、およびマニピュレータの柔軟性の利点を組み合わせています。グラフィックスを処理するように設計された専門的なソフトウェアと組み合わせることで、最終的に、3 次元空間内で異なるパスを持つ複数の溶接パスを瞬時に完成させることが可能になります。

主な利用シーンとしては以下のような場面が考えられます。

材質的には、自動車のボディやシート、一般的な自動車用品などの製品に、各種鋼板、冷間圧延板、アルミニウム合金などの一般的な素材が適用可能です。複合材料やマグネシウム・アルミニウム合金などの合金材料にも適用可能です。

利点:

あらゆる溶接シーム形状に対応し、あらゆる溶接シーム方向も加工可能です。ユーザーは溶接線や溶接点の分布を自分の条件に合わせてカスタマイズすることができ、応力状態を最適化した分布を実現できます。高速スポット溶接、シーム溶接、重ね溶接、突合せ溶接、すみ肉溶接、重ね溶接が可能です。溶接ヘッドとロボットはリアルタイムで同期して実行できます。このアプローチにより、レーザー溶接プロセスが高速化され、占有スペースが減り、メンテナンスと物流の面でのコストが削減されます。

2. スパイラル溶接

この方法はダブルウェッジレーザースイングレーザー溶接法です。これは、溶接ヘッドに特別なスイング モジュールを構成することで実装されます。集束スポットが溶接ヘッド上で移動すると、スパイラル溶接が生成されます。主にヒンジ溶接、熱交換器、チューブ状熱交換器、石油・天然ガスの太管溶接、フランジ溶接などに使用され、アルミニウム合金の溶接にも使用されます。

このプロジェクトの大きな利点は、溶接線が効果的に広がったことです。同時に、非常に高いレベルの処理再現性と、非常に信頼性の高いプロセス安定性パフォーマンスを実証しました。また、溶接形成の重要なリンクにおいて、より理想的な改善結果も達成しました。その後の洗浄および処理手順は比較的簡単になり、最終的な溶接ワークピースの全体的な表面はますます滑らかになります。さらに、このプロジェクトは優れたアルミニウム合金材料の溶接能力も備えています。

3. レーザーろう付け

レーザーろう付けとは、溶接する材料よりも融点の低いろう材を投入し、ろう材と呼ばれる材料をその融点より高く、かつ溶接する材料の溶融限界を超えない温度まで加熱する方法です。すると、はんだ材料が液体となって溶接面を濡らし、接合部の隙間が容易に埋まり、その過程で液体状態のはんだと溶接材料とが相互に拡散し、最終的に接続される2つの部品が一体化して接続され固定されます。この工程は主にアルミボディフレーム構造の溶接現場で使用されます。例えば、ルーフカバーとサイドパネルを接合する際や、自動車のドアなどの製品を製作する際に使用されます。

これらの利点があり、気孔の問題、亀裂の問題、製品の過度の嵌合ギャップなど、純粋なレーザー溶接によって引き起こされる欠陥を軽減できます。溶接の強度を向上させ、より完璧な溶接ビード特性を得ることができます。ろう付けはプロセスです。この加工の特徴は、母材自体は溶けず、溶加材のみが溶けることです。

比較的変形が少なく、接合部が滑らかで美しいため、精密部品や複雑な部品、異材質部品の溶接に最適です。熱影響を受ける面積が比較的小さく、圧縮強度が比較的大きい。

4. レーザーフィラーワイヤ溶接

レーザーフィラーワイヤ溶接では、母材と同じまたは類似の材料で作られたフィラーメタルを使用します。母材金属と溶加材の両方を溶かし、最終的にこれらを凝縮させて溶接を形成します。この工法は主に車体全体の構造部品や自動車の交換部品に使用されます。

利点としては、純粋なレーザー溶接中に発生するポアやクラックなどの欠陥を効果的に軽減できます。また、溶接製品の品質も向上しますので、溶接製品の接合隙間を若干大きくすることも可能です。また、この溶接方法では元の母材を溶かすため、最終的な溶接強度は元の母材そのものの強度よりも高くなります。

5. スイングろう付け

ALO3 を利用することで、ビーム整形と溶接シーム追跡の 2 つの機能が同じデバイスに統合されます。フィラーワイヤーは機械センサーとして扱うことができます。このソリューションは主にホワイトボディのレーザー溶接プロセスで使用されます。特定のアプリケーション シナリオには、主にルーフ カバー、トランクリッド、自動車部品のレーザーろう付けが含まれます。

作業工程中に部品は変動しますし、治具自体にも誤差が生じます。これら 2 つの要因が組み合わさることにより、レーザーろう付けがさらに困難になることがよくあります。この状況により、後続のレーザー溶接のデバッグ プロセスが非常に困難になります。しかし、スイングロウ付けを使用することでこの問題は完全に解決されます。

このプロセスは、独自の溶接方向を効果的に調整でき、自動溶接シーム追跡機能と自動焦点補正機能も備えています。これらの機能により、レーザー光の誘導と集光が容易になり、さまざまな方向の変化に適応できます。プロセス全体が高度に自動化されており、溶接速度が非常に速く、作業効率も非常に高くなります。このようにして、常に良好な溶接品質が維持されます。

その利点は、溶接シームを追跡し、ワークピース上の溶接シームの特定の軌道をリアルタイムで決定できることです。異なるワークピースの偏差は異なるため、システムはXYZの3方向を通じて適応的な溶接軌道調整を実現し、比較的良好な溶接品質の結果が得られます。同時に、製品の溶接一貫性率も向上します。

6. 3光点ろう付け

レンズにデュアルスポット モジュールを追加すると、溶接中に光学系の 3 スポット モジュールがろう付けされて 1 つのビームが 3 つのビームに変わり、溶融亜鉛めっき鋼板のろう付けのソリューションを提供できます。こうすることで溶接が滑らかになり、亀裂が発生しにくくなります。主にホワイトボディのアルミニウム合金ろう付けやルーフカバーやトランクリッドのレーザーろう付けに使用されており、自動車部品のろう付けにもよく使用されています。

その利点は、より安定した信頼性のろう付けプロセスがあり、より高速で、より高い強度があり、溶融亜鉛めっき鋼板の溶接においてより高い外観表面品質をもたらすことができ、オンライン洗浄プロセスも含まれ、動的エネルギー調整機能を備えていることです。

7. 多波長複合溶接

多波長複合溶接は、連営レーザーが開発した最先端の溶接技術です。具体的には、波長の異なる 2 つのレーザーを重ね合わせ、2 つのレーザーの軸が空間内で重なるようにします。主要な波長帯の光は主に溶接に使用されます。

サブバンド光が異なります。主に溶接ワイヤと母材を事前に加熱します。これにより、溶接時の溶融池内の金属液の冷却速度を抑えることができる。特にアルミニウム合金、マグネシウム合金、銅合金などの素材を扱うのに適しています。

この利点は、気孔の含有量を減らすと同時に、溶接ビードの安定性を高め、溶接効率を高めることができることです。熱応力を効果的に緩和し、亀裂の発生を軽減し、溶接部の強度を向上させます。最終的に、より均一な外観の溶接ビードを得ることができます。

概要と展望

現在、自動車産業は発展しており、今後も車体の溶接技術はますます進歩していきます。その方向性としては大きく2つあり、1つは溶接プロセス、もう1つはインテリジェント技術であり、どちらも発展し続けます。

車体、特に新エネルギー車の車体は軽量化の方向に発展しています。軽量合金、複合材料、および異種材料は、自動車の車体にさらに広く使用されるようになるでしょう。従来のレーザー溶接プロセスでは、溶接要件を満たすことがすでに困難になっています。したがって、高品質で効率的な溶接プロセスが徐々に将来の開発トレンドになるでしょう。

近年、レーザースイング溶接、マルチレーザービーム溶接、レーザーフライト溶接などの新興レーザー溶接プロセスについて、溶接品質と溶接効率の観点から予備的な理論研究と予備的なプロセスの探索が行われています。

将来的には、新たなレーザー溶接プロセスを自動車車体の軽量材料と組み合わせ、異種材料溶接などのシナリオと密接に結び付ける必要があります。レーザービームのスイング軌道をどのように設計するか、複数のレーザービームのエネルギーがどのように相互作用するかについて、徹底的な研究を行う必要があります。また、フライト溶接の効率を向上させる方法を見つけ、最終的には使用可能な軽量自動車ボディ溶接プロセスのセットを見つける必要もあります。

自動車車体のレーザー溶接技術は、インテリジェント技術との統合が進んでいます。自動車車体のレーザー溶接の状態をリアルタイムに把握できるかどうか、またプロセスパラメータを効果的にフィードバック制御できるかどうかが溶接の品質を左右します。現在、レーザー溶接のインテリジェント技術は、主に溶接前の軌道計画と追跡に使用されています。

同時に溶接後の品質検査にも使用されます。現在、国内外の人々が溶接の悪い部分をチェックし、状況に応じてパラメータを調整する方法を研究しています。ただし、この分野の研究は始まったばかりで、あまり成熟した段階には達していません。レーザー溶接工程におけるパラメータを自動調整する方法については、自動車車体部品の製造工程では実際に活用されていません。

したがって、将来、自動車車体製造におけるレーザー溶接技術の適用には、高度なマルチセンサーを核としたインテリジェントセンシング装置と、レーザー溶接のインテリジェントプロセスの各ステップがリアルタイムの応答性と精度を実現し、「溶接前にどのようなルートをたどるか、溶接中に自動的にパラメータが変更され、溶接後のその場で品質検査を行う」という全体のリンクを接続できる、高速かつ高精度のロボット制御プラットフォームを開発する必要があります。処理リンクが高品質で効率的であることを確認します。

出典: 、光電子転送、Southwest Intelligent Manufacturing

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