O que torna os carros mais seguros, mais leves e mais eficientes? A tecnologia de soldagem a laser está transformando a fabricação de automóveis ao aumentar a precisão e reduzir os custos. Este artigo analisa como funciona a soldagem a laser, suas vantagens e aplicações práticas na montagem de automóveis. Desde a união de carrocerias até a criação de designs sem emendas, você descobrirá como essa tecnologia de ponta atende às demandas modernas de segurança e eficiência dos veículos. Pronto para aprender sobre o futuro da produção de automóveis?
A tecnologia de soldagem a laser é caracterizada por sua alta eficiência e flexibilidade de processo. No processo de fabricação de automóveis, ela pode ser usada para soldar carrocerias e vários componentes automotivos, reduzindo o peso total da carroceria, melhorando a precisão da montagem da carroceria e atendendo às demandas de peso leve e desempenho de segurança aprimorado na fabricação de automóveis.
Ele também ajuda a reduzir os custos de montagem e estampagem na fabricação de automóveis, melhorando assim a integração da carroceria.
Portanto, como aplicar de forma ativa e eficaz soldagem a laser A tecnologia de soldagem a laser tornou-se uma consideração para os atuais fabricantes de automóveis. Este artigo discutirá em detalhes a aplicação da tecnologia de soldagem a laser.
A soldagem a laser, fundamentalmente uma tecnologia de soldagem por fusão, usa um feixe de laser como fonte de energia primária. Por meio de uma determinada força de impacto, ele conclui a soldagem das peças de trabalho.
A geração do feixe de laser é obtida por meio de um oscilador óptico. Quando um feixe de laser de alta potência atua na superfície do metal, ele pode vaporizar rapidamente o metal. À medida que o líquido metálico derretido envolve o orifício vaporizado, uma costura de solda é formada sob a reação do estresse e o método de aquecimento e resfriamento, concluindo a soldagem do metal.
É importante observar que o feixe de laser tem densidades diferentes em potências diferentes, o que afeta a profundidade da costura de solda. À medida que a densidade do feixe de laser aumenta, a profundidade da fusão aumenta, resultando em uma costura de solda mais profunda. Por outro lado, ela reduzirá a profundidade da fusão, tornando-a mais rasa.
As vantagens da tecnologia de soldagem a laser desempenham um papel significativo na fabricação automotiva atual, refletindo-se principalmente nos seguintes aspectos: a soldagem real está sujeita a uma pequena faixa afetada pelo calor e a uma menor deformação. A qualidade e a precisão da soldagem são relativamente altas, garantindo a estética e, ao mesmo tempo, a qualidade.
A operação de soldagem específica é flexível, eficiente e pode atender às necessidades da empresa. O ruído de construção é baixo e ele tem um efeito impressionante de economia de energia. É adequado para a soldagem de materiais frágeis, de alta resistência e com alto ponto de fusão. Consulte a Tabela 1 para obter detalhes.
Tabela 1: Comparação de pontuação de diferentes tecnologias de soldagem
| Projeto de comparação | Soldagem a laser | Soldagem por feixe de elétrons | soldagem a arco com gás inerte de tungstênio | Soldagem por resistência |
| Eficiência de soldagem | 6 | 7 | 4 | 8 |
| Grande proporção de profundidade | 9 | 8 | 3 | 4 |
| Morfologia da seção transversal da solda | 8 | 8 | 5 | 5 |
| Soldagem sob pressão atmosférica | 9 | 3 | 7 | 9 |
| Soldagem de materiais de alta refletividade | 4 | 8 | 7 | 8 |
| custo | 4 | 3 | 8 | 8 |
| Custos operacionais | 6 | 6 | 7 | 9 |
| confiabilidade | 8 | 4 | 8 | 9 |
| Alta velocidade de soldagem | 9 | 9 | 8 | 2 |
No entanto, a tecnologia de soldagem a laser também tem algumas deficiências, especificamente: altos requisitos para posições de soldagem, com foco no escopo dos requisitos de soldagem. Não é adequada para materiais com espessura significativa.
O efeito da soldagem é afetado ao soldar materiais com alta condutividade térmica. A baixa eficiência de conversão de energia e o rápido tempo de solidificação da costura de solda, até certo ponto, restringem o efeito da soldagem.
No âmbito da tecnologia de soldagem a laser, a soldagem por condução a laser refere-se ao processo em que duas ou mais peças são fundidas em um todo unificado após a fusão e o resfriamento, obtendo-se uma soldagem eficaz. Esse método não requer a adição de fluxo, oferecendo uma vantagem de economia de custos.
Durante a operação, sob o efeito do feixe de laser, a temperatura da superfície das peças a serem soldadas atinge rapidamente o ponto de ebulição, vaporizando o metal e criando uma cavidade, conforme ilustrado na Figura 1.
A cavidade deixa de se aprofundar quando a pressão de recuo do vapor de metal se equilibra com a tensão superficial e a gravidade do metal líquido. A soldagem é concluída quando a cavidade de profundidade estável se fecha, marcando a conclusão da soldagem a laser de penetração profunda.
Atualmente, na fabricação de automóveis, a soldagem por condução a laser é amplamente aplicada na montagem de carrocerias, agrupamento e soldagem de componentes. Por exemplo, os modelos da Volkswagen, como o Passat, o Tiguan e o Jettas, empregam esse método de soldagem em seus painéis laterais. Da mesma forma, alguns modelos da Peugeot e da Citroën utilizam a soldagem por condução a laser em suas portas.
Além disso, com base nos tipos de cordões de solda, há várias classificações, incluindo cordões simples e retos, cordões múltiplos e cordões não lineares. Devido à simplicidade da produção de uma única costura de solda, ela tem sido amplamente adotada.
A Volkswagen, na Alemanha, foi a pioneira na aplicação da soldagem de pontos a laser para o chassi do modelo Audi em 1985, e a Toyota, no Japão, seguiu o exemplo em 1986 com a soldagem a laser alimentada por arame para a estrutura lateral da carroceria do veículo.
A aplicação em massa da tecnologia de soldagem de pontos a laser na América do Norte começou em 1993, quando os Estados Unidos visavam aumentar a competitividade dos carros americanos em relação aos japoneses com o Projeto 2mm.
Até o momento, quase todos os fabricantes de automóveis renomados em todo o mundo adotaram amplamente a tecnologia de soldagem por pontos a laser, abrangendo componentes estruturais como estruturas laterais, painéis internos de portas, estruturas de para-brisa, caixas de rodas, painéis de piso e pilares centrais.
Os Estados Unidos foram um dos primeiros a introduzir lasers de alta potência no setor automotivo, com dezenas de estações de processamento a laser na área de Detroit, com foco no corte de peças metálicas automotivas e na soldagem de engrenagens. Esse avanço reduziu o tempo necessário para reprojetar carros de cinco para dois anos.
A General Motors, nos Estados Unidos, implementou mais de vinte linhas de produção de processamento a laser, e a Ford Motor Company empregou lasers Nd:YAG combinados com robôs industriais para soldar carrocerias de automóveis, reduzindo significativamente os custos de fabricação.
Em 2000, 50% das linhas de produção de solda a ponto por resistência das três principais empresas automobilísticas dos EUA foram substituídas por linhas de solda a laser.
No Japão, a aplicação bem-sucedida da soldagem a laser nas linhas de produção atraiu a atenção do mundo todo, como o método inovador de soldagem a laser de chapas de aço finas antes de prensá-las para formar peças de carroceria de automóveis, que agora é imitado pela maioria dos fabricantes de automóveis do mundo.
Muitas empresas automobilísticas renomadas estabeleceram linhas de produção especializadas em soldagem a laser: A linha de soldagem de montagem de assoalho de carro da Thyssen, a linha de processamento a laser de engrenagens da Volkswagen e a Mercedes-Benz, que instalou equipamentos de processamento a laser em 8 das 18 fábricas.
Na tecnologia de soldagem a laser, o princípio da soldagem de preenchimento de arame a laser envolve a adição de um material de soldagem específico na costura de solda. O feixe de laser derrete o material de solda adicionado, formando uma junta soldada.
Em comparação com os métodos tradicionais de soldagem sem preenchimento de arame, a soldagem com preenchimento de arame a laser oferece vantagens significativas. Ela não só amplia a gama de aplicações da soldagem a laser, mas também permite a soldagem de chapas grossas com menor potência, obtendo alta qualidade de soldagem.
É importante observar que, na soldagem a laser com enchimento de arame, tanto o arame de soldagem quanto o material de base devem ser derretidos. Isso cria pequenos orifícios no material de base, permitindo que o arame e o material de base se fundam totalmente e formem uma nova poça de fusão mista.
Essa poça de fusão mista difere significativamente do arame de solda e do material de base, podendo melhorar certas deficiências de desempenho do material de base. O uso de um arame de solda com uma composição adequada como material de enchimento garante que a costura de solda tenha alta resistência ao desgaste e à corrosão.
Na soldagem a laser, o princípio da soldagem híbrida laser-arco combina uma fonte de calor a laser com um arco elétrico para atuarem juntos em uma única poça de fusão, obtendo assim a soldagem. Conforme mostrado na Figura 2, esse método de soldagem apresenta deformação mínima, alta velocidade e grande adaptabilidade.
Na produção da série de carros da Audi AG na Alemanha, a soldagem híbrida com arco a laser é aplicada à soldagem das carrocerias mais críticas de carros totalmente em alumínio. Essa carroceria pertence à segunda geração da luxuosa série Audi A8, projetada com foco na segurança contra impactos e na resistência à deformação por torção. Os cordões de solda produzidos pela soldagem híbrida com arco a laser atendem a todos os requisitos, apresentando tenacidade, alta resistência e fusão profunda.
Para atender às altas expectativas dos clientes em relação a esse carro, cada detalhe é meticulosamente trabalhado para garantir a qualidade da fabricação. As costuras de solda estreitas da soldagem híbrida a laser atendem aos altos padrões de aparência exigidos para as peças de trabalho, eliminando a necessidade de tiras de plástico para preencher os cantos na parte superior da estrutura da carroceria do carro.
Na fabricação de veículos leves, todos os requisitos mencionados acima, juntamente com algumas condições especiais, devem ser atendidos, e o processo de produção de uma carroceria de carro totalmente em alumínio tem requisitos ainda mais rigorosos.
Na tecnologia de soldagem a laser, a soldagem remota a laser permite o processamento a longa distância com a ajuda de cabeçotes de galvanômetro de varredura de alta velocidade, realizando a soldagem com feixes de laser de diferentes potências nas peças.
Devido às suas vantagens tecnológicas exclusivas, ele é amplamente utilizado nos tetos solares panorâmicos da Mercedes-Benz e na soldagem lateral dos carros da Volkswagen e da Audi. Atualmente, ao aplicar a soldagem remota a laser na fabricação de automóveis, ela oferece as seguintes vantagens:
(1) Alta precisão de posicionamento, permitindo a soldagem rápida para atender às necessidades de fabricação das empresas automotivas.
(2) A capacidade de combinar diferentes resistências estruturais para soldagem, atendendo às necessidades de vários formatos de cordão de solda.
A soldagem remota a laser exige materiais e equipamentos de alta qualidade. Com componentes mais espessos, não é possível reduzir a profundidade da costura de solda, resultando em menor resistência ao cisalhamento na solda.
Na tecnologia de soldagem a laser, a brasagem a laser oferece vantagens como formas esteticamente agradáveis e vedação forte, além de alta resistência de solda. O princípio fundamental envolve a focalização de um feixe de laser na superfície do arame de enchimento, derretendo-o e, em seguida, preenchendo-o na área de solda para concluir o processo de brasagem.
Embora semelhante à soldagem por fusão, o material de base não derrete nesse método. Portanto, o material de brasagem deve ter um ponto de fusão mais baixo do que o material de base, permitindo a soldagem efetiva por meio do material de brasagem líquido, conforme ilustrado na Figura 3.
Atualmente, a brasagem a laser é empregada na soldagem de tampas de porta-malas de veículos da Volkswagen, Haima, Chery e Audi. Ela também é usada com frequência nas conexões do teto e da estrutura lateral de marcas como Cadillac, Porsche, Ford e Volkswagen.
Ao utilizar essa técnica, é fundamental considerar o impacto de vários fatores no processo de soldagem, especialmente os parâmetros do processo, como velocidade de soldagem, potência do laser e diâmetro do feixe. Esses parâmetros devem ser ajustados e projetados de acordo com os requisitos específicos de soldagem para garantir a eficácia da brasagem a laser.
Os equipamentos de brasagem a laser geralmente integram as lentes de processamento de brasagem em um braço robótico. O feixe de laser é focalizado na junção das chapas, derretendo o fio de enchimento (por exemplo, fio de cobre-silício) para conectar as peças. O sucesso desse método está no fato de que a resistência da junta é próxima à resistência da solda, e suas soldas são conhecidas por sua beleza.
As soldas produzidas pela brasagem a laser são conhecidas por suas altas propriedades de vedação e aparência suave e limpa, tornando o retrabalho quase desnecessário. Por exemplo, as carrocerias dos veículos podem ser pintadas diretamente após a limpeza.
Os lasers de diodo Laserline são altamente considerados em todo o mundo por sua praticidade no campo da brasagem a laser. Mais de 800 lasers de diodo LDF foram implantados com sucesso para uso de longo prazo em aplicações de montagem de carrocerias automotivas em todo o mundo. A brasagem a laser de alta qualidade não só requer alta resistência da solda e impacto mínimo do calor, mas também exige um apelo estético das conexões de solda.
Uma vantagem de processamento significativa dos lasers semicondutores é a estabilidade da poça de fusão que eles produzem. Além disso, o módulo de três feixes desenvolvido pela Laserline demonstrou maiores vantagens em aplicações de brasagem, garantindo conexões de solda de alta qualidade sem reduzir a velocidade de soldagem, mesmo ao soldar materiais desafiadores, como chapas de aço galvanizadas por imersão a quente.
Na produção de carrocerias automotivas, a brasagem a laser já se tornou um método de processamento comum.
No entanto, o uso crescente de materiais de chapa de aço galvanizado introduziu alguns desafios, como o aumento de respingos de partículas durante a brasagem e a ondulação na conexão da solda, exigindo uma redução na velocidade de processamento para evitar esses problemas.
A Laserline desenvolveu uma solução inovadora: usar um módulo de múltiplos feixes, com feixes laterais posicionados na frente do feixe principal, para remover primeiro a camada galvanizada ao redor da costura de solda, garantindo assim um processo de brasagem suave sem a necessidade de reduzir a velocidade de brasagem. Essa técnica foi bem recebida no setor.
A brasagem a laser de diodo tradicional de chapas de aço galvanizado emprega a tecnologia de feixe único, com a fonte de laser integrada ao robô de brasagem. Graças à estabilidade da poça de fusão produzida pelos lasers de diodo, é possível fazer o revestimento a laser com prata ou latão como material de base.
As soldas são esteticamente agradáveis e de alta qualidade. A Volkswagen Touran já realizou uma comparação experimental entre um laser YAG de 4 kW e um laser de diodo de 6 kW para brasagem em Wolfsburg, Alemanha. A estabilidade operacional do laser de diodo LDF foi confirmada na produção em massa.
Para o setor de fabricação automotiva, diferentes tecnologias de soldagem a laser oferecem valores variados de utilização.
A escolha do método de soldagem adequado para diferentes peças de um veículo pode melhorar a qualidade geral da fabricação automotiva e atender às necessidades das empresas automotivas em termos de custos e eficiência de soldagem.
Ao analisar os princípios, as vantagens e as desvantagens das tecnologias de soldagem a laser, este artigo explora os efeitos da aplicação da soldagem por autofusão a laser, da soldagem por enchimento de arame a laser, da soldagem composta por arco a laser, da soldagem remota a laser e da brasagem a laser na fabricação de automóveis.
Ele fornece experiência em soldagem para o setor automotivo, visa melhorar o nível de soldagem das empresas automotivas e promove o desenvolvimento saudável e sustentável do setor de fabricação de automóveis.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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