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激光焊接頭完善現(xiàn)代汽車工業(yè)的工藝流程

2019-07-17 11:54:13 金曉


汽車制造商依靠激光焊接頭來定制焊接坯料,以控制或減少車輛各部件的材料消耗,例如框架和車身。激光焊接頭由不同厚度和等級的金屬板組成。請參考圖2中激光焊接頭的應(yīng)用實例。 1.在滿足其他相關(guān)規(guī)定的同時,這些焊接板還必須滿足車輛碰撞安全的要求。中國寶鋼是一家生產(chǎn)高強度優(yōu)質(zhì)鋼的公司。公司采用數(shù)值模擬方法,不斷優(yōu)化激光焊頭的焊接工藝。通過尋找焊接鋼板的等級和厚度這兩個參數(shù)的最佳組合,由它們制造的焊接板不僅可以確保優(yōu)異的性能,而且還可以將部件的重量減輕到最輕。


激光焊接頭焊接車身

圖1

鋼板采用激光焊頭焊接,以滿足碰撞和放電的要求。

采用先進的高強度耐壓淬火鋼,優(yōu)化了鋼板的安裝,使汽車的某些區(qū)域更輕,更輕,同時保持強度。最后,我們希望獲得優(yōu)良的焊接質(zhì)量,以確保焊接符合安全碰撞試驗的要求。在試驗過程中,安全焊縫不能破裂或破裂,否則焊件將無法通過安全試驗。

中國寶鋼公司采用激光焊頭的集中熱源將固態(tài)鋼轉(zhuǎn)化為熔融金屬,形成窄而深的焊縫。激光焊接頭的焊接過程如圖2所示。高功率激光產(chǎn)生大量能量,導致一些金屬蒸發(fā)。在鋼的熔化過程中,密度會迅速下降,體積也會相應(yīng)增加,材料運動也會增加,從而產(chǎn)生高壓蒸汽。此時,將產(chǎn)生“鎖孔”,其是激光頭發(fā)射的激光撞擊點中的窄孔。

大多數(shù)機械故障的根本原因在于焊接缺陷,這是因為焊縫與不同的材料相連。如果連接處理不當,最終會導致壓力過大。

不正確的焊接參數(shù)也可能導致焊點不穩(wěn)定,導致焊點的孔隙,部分穿透或底切,導致連接不穩(wěn)定。圖3顯示了不同焊接缺陷的例子。萬順興激光頭專家補充說:‘’為了預測各種焊接條件下可能存在的缺陷,我們通過仿真研究了激光頭功率和其他參數(shù)對焊接結(jié)果的影響。這樣,我們可以實際測試其影響。在缺陷發(fā)生概率的條件下,還可以預測焊接過程中焊接點的流體動力學,熱力學行為和最終形狀?!?/span>


激光焊接頭焊接原理

圖2

了解激光焊接頭在工作條件下如何影響焊接質(zhì)量。

在影響激光焊頭焊接質(zhì)量的諸多因素中,激光頭功率,激光頭梁材料反射,焊接速度和激光焊頭波長等細節(jié)將影響鎖孔周圍的傳熱,相變和流體流動。 。特別是由于相變和熱負荷,鎖孔角和熔池形狀將對流體流動特性產(chǎn)生很大影響。

流體,熱力學和電學行為在這里交織在一起?!比f順興激光頭專家說,“只有清楚地了解焊接的具體情況才能防止這些缺陷。我們需要一起研究所有物理現(xiàn)象,以跟蹤鎖孔內(nèi)外的流體流動,并清楚地了解其影響。 

萬順興激光頭團隊與武漢理工大學激光研發(fā)部門合作,生產(chǎn)COMSOLMultiphysics?軟件,分析整個焊接過程中鋼水和實心鋼的溫度分布,鍵孔角度和流場變化。他們使用COMSOL?軟件在同一仿真模型中進行了大量研究。從電磁模型開始,他們根據(jù)激光頭發(fā)出的激光反射角確定了材料的反射和能量吸收特性(見圖4)。


激光焊接頭焊接微觀分析

圖3

不僅如此,他們還測試并改變了激光頭的功率水平,波長和焊接速度,以預測各種工作條件下的鎖孔形狀。由于該模型模擬了金屬熔化過程中的傳熱和相變,團隊成員可以使用該模型分析蒸發(fā),液 - 氣界面的流體動力學和熔池的膨脹(如圖5所示)。


激光焊接頭角度參數(shù)

圖4

對耦合現(xiàn)象的建模揭示了激光焊接頭最終的焊接結(jié)果

為了預測激光焊接頭的焊接點的最終形態(tài),萬順興激光頭研發(fā)團隊和來武漢理工大學的研究小組在前期研究的基礎(chǔ)上,根據(jù)焊接速度、激光功率及匙孔大小這三個參數(shù),對焊接熔深進行了 建模。

高質(zhì)量焊接需要對鋼板全熔透。當能量密度有限、功率過低或焊接速度較快時,將會發(fā)生局部熔透。局部熔透會引起材料咬邊,最終在兩塊焊板之間留下間隙。圖 6 顯示了焊接熔深和焊接缺陷形態(tài)的 COMSOL 分析結(jié)果與實驗結(jié)果的對比。

激光焊接頭的建模分析

圖5

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