激光焊接头完善现代汽车工业的工艺流程

2019-07-17 11:54:13 金晓


汽车制造商依靠激光焊接头来定制焊接坯料,以控制或减少车辆各部件的材料消耗,例如框架和车身。激光焊接头由不同厚度和等级的金属板组成。请参考图2中激光焊接头的应用实例。 1.在满足其他相关规定的同时,这些焊接板还必须满足车辆碰撞安全的要求。中国宝钢是一家生产高强度优质钢的公司。公司采用数值模拟方法,不断优化激光焊头的焊接工艺。通过寻找焊接钢板的等级和厚度这两个参数的最佳组合,由它们制造的焊接板不仅可以确保优异的性能,而且还可以将部件的重量减轻到最轻。


激光焊接头焊接车身

图1

钢板采用激光焊头焊接,以满足碰撞和放电的要求。

采用先进的高强度耐压淬火钢,优化了钢板的安装,使汽车的某些区域更轻,更轻,同时保持强度。最后,我们希望获得优良的焊接质量,以确保焊接符合安全碰撞试验的要求。在试验过程中,安全焊缝不能破裂或破裂,否则焊件将无法通过安全试验。

中国宝钢公司采用激光焊头的集中热源将固态钢转化为熔融金属,形成窄而深的焊缝。激光焊接头的焊接过程如图2所示。高功率激光产生大量能量,导致一些金属蒸发。在钢的熔化过程中,密度会迅速下降,体积也会相应增加,材料运动也会增加,从而产生高压蒸汽。此时,将产生“锁孔”,其是激光头发射的激光撞击点中的窄孔。

大多数机械故障的根本原因在于焊接缺陷,这是因为焊缝与不同的材料相连。如果连接处理不当,最终会导致压力过大。

不正确的焊接参数也可能导致焊点不稳定,导致焊点的孔隙,部分穿透或底切,导致连接不稳定。图3显示了不同焊接缺陷的例子。万顺兴激光头专家补充说:‘’为了预测各种焊接条件下可能存在的缺陷,我们通过仿真研究了激光头功率和其他参数对焊接结果的影响。这样,我们可以实际测试其影响。在缺陷发生概率的条件下,还可以预测焊接过程中焊接点的流体动力学,热力学行为和最终形状。‘’


激光焊接头焊接原理

图2

了解激光焊接头在工作条件下如何影响焊接质量。

在影响激光焊头焊接质量的诸多因素中,激光头功率,激光头梁材料反射,焊接速度和激光焊头波长等细节将影响锁孔周围的传热,相变和流体流动。 。特别是由于相变和热负荷,锁孔角和熔池形状将对流体流动特性产生很大影响。

流体,热力学和电学行为在这里交织在一起。”万顺兴激光头专家说,“只有清楚地了解焊接的具体情况才能防止这些缺陷。我们需要一起研究所有物理现象,以跟踪锁孔内外的流体流动,并清楚地了解其影响。 

万顺兴激光头团队与武汉理工大学激光研发部门合作,生产COMSOLMultiphysics®软件,分析整个焊接过程中钢水和实心钢的温度分布,键孔角度和流场变化。他们使用COMSOL®软件在同一仿真模型中进行了大量研究。从电磁模型开始,他们根据激光头发出的激光反射角确定了材料的反射和能量吸收特性(见图4)。


激光焊接头焊接微观分析

图3

不仅如此,他们还测试并改变了激光头的功率水平,波长和焊接速度,以预测各种工作条件下的锁孔形状。由于该模型模拟了金属熔化过程中的传热和相变,团队成员可以使用该模型分析蒸发,液 - 气界面的流体动力学和熔池的膨胀(如图5所示)。


激光焊接头角度参数

图4

对耦合现象的建模揭示了激光焊接头最终的焊接结果

为了预测激光焊接头的焊接点的最终形态,万顺兴激光头研发团队和来武汉理工大学的研究小组在前期研究的基础上,根据焊接速度、激光功率及匙孔大小这三个参数,对焊接熔深进行了 建模。

高质量焊接需要对钢板全熔透。当能量密度有限、功率过低或焊接速度较快时,将会发生局部熔透。局部熔透会引起材料咬边,最终在两块焊板之间留下间隙。图 6 显示了焊接熔深和焊接缺陷形态的 COMSOL 分析结果与实验结果的对比。

激光焊接头的建模分析

图5

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