戀夜直播app官方正版下载_戀夜直播高品质美女在线视频互动社区_戀夜直播官方版

閱讀 | 訂閱
閱讀 | 訂閱
激光產(chǎn)品

激光焊接技術(shù)在汽車工業(yè)應(yīng)用

rongpuiwing 來源:掌知網(wǎng)2018-04-12 我要評論(0 )   

在降低排放量、提高駕駛安全性的同時,還要保持成本低廉,汽車工業(yè)當(dāng)前正面臨著向環(huán)保汽車轉(zhuǎn)型的挑戰(zhàn)。

        在降低排放量、提高駕駛安全性的同時,還要保持成本低廉,汽車工業(yè)當(dāng)前正面臨著向環(huán)保汽車轉(zhuǎn)型的挑戰(zhàn)。安賽樂米塔爾(Arcelor Mittal)公司的工程師們正著手優(yōu)化汽車設(shè)計中對材料的使用,確保最終設(shè)計出的汽車既能符合安全標(biāo)準(zhǔn),又能減輕對環(huán)境的影響。

在顧及產(chǎn)品的安全性及對環(huán)境影響的同時,還要控制設(shè)計的成本,汽車制造商在產(chǎn)品開發(fā)過程中需要考慮的因素之多,令人震驚。對于不斷提升的駕駛安全標(biāo)準(zhǔn)以及越來越受關(guān)注的減排和成本控制,車輛的設(shè)計和車身重量是能夠?qū)ι鲜鲫P(guān)注點產(chǎn)生重要影響的兩大因素。

圖1. 上圖:可能用到 LWB 的 區(qū)域示例。橙色部分表示通過 合理的 LWB 設(shè)計,能幫助減輕 重量的組件,例如中立柱、縱梁、 通道和門環(huán)。下圖:激光拼焊板, 右側(cè)是對接焊縫的放大圖。

汽車制造商依靠激光拼焊板(laser welded blank,簡稱LWB)來控制或減少車輛各部件(如車架和車身)的材料用量。LWB是由厚度和等級不同的鈑金組成,參見圖1中的LWB應(yīng)用示例。在滿足其他相關(guān)規(guī)定的同時,這些焊板還必須符合車輛碰撞安全性的要求。

安賽樂米塔爾是一家生產(chǎn)高強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)鋼的公司。這家公司利用數(shù)值仿真不斷優(yōu)化LWB焊接工藝,通過尋找焊接鋼板的等級和厚度這兩項參數(shù)的最優(yōu)組合,使他們制造出的焊板既能保證優(yōu)良的性能,又能將零件的重量減至最輕。

符合碰撞和排放要求

“通過采用先進(jìn)的高強(qiáng)度壓力硬化鋼,我們對鋼板的安裝進(jìn)行了優(yōu)化,從而使汽車的特定區(qū)域在保持強(qiáng)度性能的同時更加輕薄。最終,我們期望獲得卓越的焊接質(zhì)量,以確保焊接符合碰撞測試的安全要求”,安賽樂米塔爾公司焊接過程建模及仿真研究團(tuán)隊的負(fù)責(zé)人Sadok Gaied博士如是說。一個安全的焊接不能在測試過程中發(fā)生破裂或折斷,否則焊接件將無法通過安全性測試。

圖2. 激光焊接過程中的匙孔和鋼水池。當(dāng)激光沿兩塊鋼板之間的焊 縫移動時,匙孔也會隨之移動,在此過程中,鋼水會不斷注入匙孔 周圍和后部的空間。

安賽樂米塔爾公司利用激光焊接的集中熱源將固態(tài)鋼轉(zhuǎn)變成熔融金屬,用來形成窄而深的焊縫,激光焊接過程見圖2。“大功率激光器可以產(chǎn)生大量的能量,致使部分金屬蒸發(fā)。鋼在熔化過程中,密度會迅速減小,體積會相應(yīng)增加,并且物質(zhì)運動也會增強(qiáng),從而產(chǎn)生高壓蒸氣。這時會生成一個‘匙孔’,它是激光沖擊點上的一個窄孔。”Gaied解釋道,“這個孔周圍的鋼會熔化,形成一個熔池。液態(tài)鋼冷卻后,就會將兩塊鈑金連接起來。”

“多數(shù)機(jī)械故障發(fā)生的根本原因在于焊縫中存在缺陷,這是因為焊接點連接著不同的材料。如果連接的處理不當(dāng),最終會導(dǎo)致其中的應(yīng)力過大。”焊接參數(shù)不當(dāng)還可能造成焊接點不穩(wěn)定,導(dǎo)致焊縫中出現(xiàn)氣孔、部分熔透或咬邊,最終造成連接不牢固。圖3顯示了不同焊接缺陷的示例。

Gaied補(bǔ)充道:“為了預(yù)測各種焊接情況中可能存在的缺陷,我們用仿真來研究諸如激光功率等參數(shù)對焊接結(jié)果的影響。通過這種方式,我們可以虛擬測試加工條件對缺陷發(fā)生概率的影響,并且還能預(yù)測焊接過程中的流體動力學(xué)、熱力學(xué)行為以及焊接點的最終形態(tài)。”

了解工作條件如何影響焊接質(zhì)量

在影響焊接質(zhì)量的諸多因素中,激光功率、材料對激光束的反射、焊接速度及波長等細(xì)節(jié)都會對匙孔周圍的傳熱、相變和流體流動產(chǎn)生影響。特別是由于存在相變和熱載荷,匙孔角度和熔池形狀會對流體流動特性產(chǎn)生較大的影響。

圖3. 上圖:熔融金屬未正確下陷形成的孔(左圖);復(fù)雜的流體力 學(xué)特性在焊接點中造成的氣泡(右圖)。下圖:鋼水噴濺導(dǎo)致在焊 接點頂部和底部形成了坡口型咬邊的幾何結(jié)構(gòu),進(jìn)而在兩塊鋼板之 間留下的間隙(左圖);仿真結(jié)果顯示了匙孔附近的流體分布情況 以及預(yù)測的焊接點中咬邊的幾何結(jié)構(gòu)(右圖)。

“流體、熱力學(xué)和電學(xué)行為在這里交織在一起。”Gaied說,“只有清楚地了解焊接中發(fā)生的具體情況,才能防止這些缺陷的產(chǎn)生。我們需要將所有的物理現(xiàn)象放在一起研究,才能跟蹤匙孔內(nèi)部及周圍的流體流動,并明確地知道其對焊接穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響。”

圖4. COMSOL 軟件運行的激光反射仿真結(jié)果顯示了不同反射角下 的電場模,這些不同的反射角導(dǎo)致吸收的能量大小也各不相同。

Gaied 的團(tuán)隊與南布列塔尼大學(xué)的Mickael Courtois、Muriel Carin 和Philippe Le Masson 合作, 使用COMSOL Multiphysics? 軟件分析了鋼水和固態(tài)鋼中的溫度分布、匙孔角度以及流場在整個焊接工藝中的變化情況。他們使用COMSOL? 軟件在同一仿真模型中進(jìn)行了多項研究,從電磁模型開始著手,根據(jù)激光反射角確定了反射和材料的能量吸收特性(見圖 4)。

不僅如此,他們還測試了改變功率水平、波長和焊接速度,用于預(yù)測各種工況下的匙孔形狀。由于這個模型模擬了金屬熔化時的傳熱和相變情況,因此,團(tuán)隊成員能夠使用該模型分析焊接過程中產(chǎn)生的蒸發(fā)現(xiàn)象、液體- 蒸氣界面的流體動力學(xué),以及熔池的擴(kuò)大情況(如圖5所示)。

圖5. 左上圖:匙孔周圍流動鋼水的溫度場。左下圖:不同焊接速度 下的毛細(xì)管傾角(匙孔角度)及周圍金屬的溫度場結(jié)果,箭頭表示 熔池和匙孔中的流體流場。右圖:匙孔形成過程中,其周圍的流體 流動三維視圖。

對耦合現(xiàn)象的建模揭示了最終的焊接結(jié)果

為了預(yù)測焊接點的最終形態(tài),Gaied的團(tuán)隊和來自南布列塔尼大學(xué)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(jìn)行了建模。

圖 6. 焊接熔深和焊接缺陷形態(tài)的 COMSOL 分 析結(jié)果(黃色曲線)與實驗結(jié)果的對比圖。左 圖和右圖分別為當(dāng)激光功率為4 kW、焊接速度 為6 m/min 和8 m/min 時的焊接熔深。速度較 慢時可實現(xiàn)全熔透,說明熔敷能量密度足夠高。 速度較快時僅僅實現(xiàn)了局部熔透,說明能量不 足,無法達(dá)到高質(zhì)量的焊接。

高質(zhì)量焊接需要對鋼板全熔透。當(dāng)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。

不斷完善的焊接技術(shù)以確保安全與減排要求

為客戶提供合適的激光拼焊板,需要選擇正確的焊接參數(shù)組合。通過調(diào)整鋼板的等級和厚度才能為客戶供應(yīng)符合汽車碰撞測試規(guī)范、重量要求以及成本要求的激光拼焊板。Gaied 的團(tuán)隊通過仿真來確定一系列工藝條件,以確保生產(chǎn)出無缺陷的焊接點。

“了解這些相互作用的物理現(xiàn)象,并將它們耦合起來進(jìn)行仿真,而不是并行進(jìn)行多個研究,這給我們的工作帶來了極大的便利。”Gaied總結(jié)道,“我們一直致力于幫助汽車行業(yè)減輕車身重量,并確保我們的焊接產(chǎn)品擁有卓越的質(zhì)量,從而保障駕駛員在駕駛汽車時的安全。”

 

轉(zhuǎn)載請注明出處。

汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型
免責(zé)聲明

① 凡本網(wǎng)未注明其他出處的作品,版權(quán)均屬于激光制造網(wǎng),未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用。獲本網(wǎng)授權(quán)使用作品的,應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使 用,并注明"來源:激光制造網(wǎng)”。違反上述聲明者,本網(wǎng)將追究其相關(guān)責(zé)任。
② 凡本網(wǎng)注明其他來源的作品及圖片,均轉(zhuǎn)載自其它媒體,轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息,并不代表本媒贊同其觀點和對其真實性負(fù)責(zé),版權(quán)歸原作者所有,如有侵權(quán)請聯(lián)系我們刪除。
③ 任何單位或個人認(rèn)為本網(wǎng)內(nèi)容可能涉嫌侵犯其合法權(quán)益,請及時向本網(wǎng)提出書面權(quán)利通知,并提供身份證明、權(quán)屬證明、具體鏈接(URL)及詳細(xì)侵權(quán)情況證明。本網(wǎng)在收到上述法律文件后,將會依法盡快移除相關(guān)涉嫌侵權(quán)的內(nèi)容。

網(wǎng)友點評
0相關(guān)評論
精彩導(dǎo)讀