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激光焊接技术在汽车工业应用

本文摘要:在减少排放量、提升驾驶员安全性的同时,还要维持成本便宜,汽车工业当前于是以面对着向环保汽车转型的挑战。安赛乐米塔尔(ArcelorMittal)公司的工程师们于是以著手优化汽车设计中对材料的用于,保证最后设计出有的汽车既能合乎安全性标准,又能减低对环境的影响。 在考虑到产品的安全性及对环境影响的同时,还要掌控设计的成本,汽车制造商在产品开发过程中必须考虑到的因素之多,令人震惊。

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在减少排放量、提升驾驶员安全性的同时,还要维持成本便宜,汽车工业当前于是以面对着向环保汽车转型的挑战。安赛乐米塔尔(ArcelorMittal)公司的工程师们于是以著手优化汽车设计中对材料的用于,保证最后设计出有的汽车既能合乎安全性标准,又能减低对环境的影响。

在考虑到产品的安全性及对环境影响的同时,还要掌控设计的成本,汽车制造商在产品开发过程中必须考虑到的因素之多,令人震惊。对于大大提高的驾驶员安全性标准以及更加不受注目的排放量和成本掌控,车辆的设计和车身重量是需要对上述关注点产生最重要影响的两大因素。图1.上图:有可能中用LWB的区域示例。

橙色部分回应通过合理的LWB设计,能协助减低重量的组件,例如中立柱、纵梁、地下通道和门环。右图:激光拼成焊板,右侧是接入焊缝的缩放图。汽车制造商依赖激光拼成焊板(laserweldedblank,全称LWB)来掌控或增加车辆各部件(如车架和车身)的材料用量。LWB是由厚度和等级有所不同的钣金构成,参看图1中的LWB应用于示例。

在符合其他涉及规定的同时,这些焊板还必需合乎车辆撞击安全性的拒绝。安赛乐米塔尔是一家生产高强度优质钢的公司。

这家公司利用数值建模大大优化LWB焊工艺,通过找寻焊钢板的等级和厚度这两项参数的拟合人组,使他们生产出有的焊板既能确保优良的性能,又能将零件的重量增至最重。合乎撞击和废气拒绝“通过使用先进设备的高强度压力硬化钢,我们对钢板的加装展开了优化,从而使汽车的特定区域在维持强度性能的同时更为轻巧。最后,我们希望取得卓越的焊质量,以保证焊合乎撞击测试的安全性拒绝”,安赛乐米塔尔公司焊过程建模及建模研究团队的负责人SadokGaied博士如是说。

一个安全性的焊无法在测试过程中再次发生裂痕或倒下,否则焊接件将无法通过安全性测试。图2.激光焊过程中的匙孔和钢水池。

当激光沿两块钢板之间的焊缝移动时,匙孔也不会随之移动,在此过程中,钢水不会大大流经匙孔周围和后部的空间。安赛乐米塔尔公司利用激光焊的集中于热源将固态钢转变成熔融金属,用来构成较宽而浅的焊缝,激光焊过程闻图2。

“大功率激光器可以产生大量的能量,导致部分金属冷却。钢在熔融过程中,密度不会很快增大,体积不会适当减少,并且物质运动也不会强化,从而产生高压蒸气。这时不会分解一个‘匙孔’,它是激光冲击点上的一个较宽孔。”Gaied说明道,“这个孔周围的钢会熔融,构成一个熔池。

液态钢加热后,就不会将两块钣金连接起来。”“多数机械故障再次发生的根本原因在于焊缝中不存在缺失,这是因为焊点相连着有所不同的材料。

如果相连的处理不当,最后不会造成其中的形变过大。”焊参数失当还有可能导致焊点不平稳,造成焊缝中经常出现气孔、部分熔透或嘴巴边,最后导致相连不稳固。

图3表明了有所不同焊缺失的示例。Gaied补足道:“为了预测各种焊情况中有可能不存在的缺失,我们用建模来研究诸如激光功率等参数对焊结果的影响。通过这种方式,我们可以虚拟世界测试加工条件对缺失再次发生概率的影响,并且还能预测焊过程中的流体动力学、热力学不道德以及焊点的最后形态。

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”理解工作条件如何影响焊质量在影响焊质量的诸多因素中,激光功率、材料对激光束的光线、焊速度及波长等细节都会对匙孔周围的热传导、热力学和流体流动产生影响。尤其是由于不存在热力学和热载荷,匙孔角度和熔池形状不会对流体流动特性产生较小的影响。图3.上图:熔融金属并未准确塌陷构成的孔(左图);简单的流体力学特性在焊零点导致的气泡(右图)。

右图:钢水喷溅造成在焊点顶部和底部构成了坡口型咬边的几何结构,进而在两块钢板之间留给的间隙(左图);建模结果显示了匙孔附近的流体产于情况以及预测的焊零点咬边的几何结构(右图)。“流体、热力学和电学不道德在这里交织在一起。”Gaied说道,“只有确切地理解焊中再次发生的具体情况,才能避免这些缺失的产生。

我们必须将所有的物理现象放到一起研究,才能追踪匙孔内部及周围的流体流动,并具体地告诉其对焊稳定性产生的影响。”图4.COMSOL软件运营的激光光线建模结果显示了有所不同反射角下的电场模,这些有所不同的反射角造成吸取的能量大小也各不相同。


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