کاربرد جوش لیزری در صنعت خودرو

دستگاه های جوشکاری لیزری، پرتویی از نور با شدت بالا تولید می‌کنند که وقتی در یک نقطه متمرکز می‌شود، یک منبع گرمای متمرکز فراهم می‌کند – جوش‌های عمیق باریک و سرعت‌های جوشکاری سریع را فراهم می‌کند. این فرآیند، اغلب در کاربردهای با حجم بالا مانند صنعت خودرو استفاده می شود.

در دیبولیزر پنج سؤال متداول در مورد نحوه استفاده از این شکل از جوشکاری برای قطعات خودرو، از جمله مزایا و معایب آن وجود دارد.

1. کاربردهای کلیدی خودرو برای جوشکاری لیزر چیست و چرا بهترین انتخاب برای این کاربردها است؟

، استفاده از جوش لیزری در صنعت خودروسازی افزایش یافته است. در حال حاضر برای تولید بسیاری از قسمتهای خودرو، از جمله قاب بدنه (بدنه به رنگ سفید)، قاب درها، صندوق عقب، کاپوت خودرو، و شاسی، و جوشکاری پلاستیک لیزری چراغ های جلو و عقب، و محفظه های الکترونیکی در مقیاس بزرگ استفاده از جوشکاری لیزری بسیار رایج است.

جوشکاری لیزری همچنین به طور گسترده برای جوشکاری فلزات بسیاری از اجزای فرعی، از جمله آغازگر کیسه هوا، سیم‌پیچ‌های موتور، اتصالات نوار باتری به باس برای وسایل الکترونیکی خودرو، و اتصال الکتریکی در یک خودرو استفاده می‌شود.

پیش از این، جوشکاری برای این کاربردها از طریق انواع فن آوری های دیگر، از جمله جوشکاری مقاومتی (RW)، گاز بی اثر تنگستن (TIG یا GTAW) و گاز بی اثر فلزی (MIG یا GMAW) انجام می شد.

لیزرها در حال حاضر در چندین کاربرد جوشکاری متحرک مورد استفاده قرار می‌گیرند، زیرا این فرآیند گرمای کمتری را منتقل می‌کند و در نتیجه گرمای موضعی بیشتری با ناحیه تحت تأثیر حرارت کوچکتر (HAZ) ایجاد می‌کند. علاوه بر این، با حرکت صنعت به سمت مواد سبک‌تر و رساناتر، جوشکاری با لیزر آسان‌تر از جوشکاری مقاومتی (RW) است. این به این دلیل است که جوشکاری لیزری گرمای موضعی را منتقل می کند، به این معنی که اپراتورها می توانند قطعات کوچکتر را بررسی کنند. دسترسی بهتر و محدودیت‌های کمتر برای قطعات، انعطاف‌پذیری طراحی را افزایش می‌دهد و رویکردهایی را ممکن می‌سازد که ممکن است با تکنیک‌های دیگر امکان‌پذیر نبوده باشند.

2. بزرگترین تاثیرات جوش لیزری برای بازار خودرو چیست؟

با فاصله، امروزه بزرگترین روند، برقی شدن موتورها است که با افزایش تعداد خودروهای هیبریدی و تمام الکتریکی در خیابان ها قابل مشاهده است. این وسایل نقلیه به جوشکاری اجزای موتور الکتریکی از جمله اتصالات پیشرانه و گیره های موی استاتور نیاز دارند.

جوشکاری باتری و اتصالات از کاربردهای کلیدی اضافی در برق رسانی خودرو هستند. جوشکاری برای ایجاد سلول باتری، اتصال سلول ها برای ایجاد یک ماژول یا بسته، و گاهی اوقات اتصال ماژول ها برای ایجاد یک مجموعه باتری کامل مورد نیاز است.

اتصالات در موتور الکتریکی و بسته باتری معمولاً از مواد رسانا هستند و جوش لیزری مناسب است. اتصالات جوش همچنین در شرایط نامساعد نیاز به استحکام، رسانایی و قابلیت اطمینان بالایی دارند، به این معنی که جوش ها باید این معیار را داشته باشند و قابل ردیابی باشند.

روند دیگری که به جوشکاری لیزری علاقه دارد، افزایش گسترده الکترونیک در وسایل نقلیه در مقایسه با گذشته است. امروزه تقریباً همه چیز توسط رایانه کنترل می شود و تقریباً تنها کاری که یک اپراتور وسیله نقلیه می تواند با دست انجام دهد این است که مایع برف پاک کن شیشه جلو را دوباره پر کند.

صنعت خودرو نیاز به فناوری اتصال دقیق جوشکاری لیزری و علامت گذاری و حکاکی لیزری دارد.

جوشکاری لیزری برای اتصالات الکترونیکی رکورد ایمنی بالایی را به دست آورده است. به علاوه، توان عملیاتی بالا بدون مقدار زیادی ضایعات وجود دارد – عاملی که با بهبود اقتصادی تکنیک جوش لیزری مرتبط است. این روند شامل افزایش تجهیزات ایمنی خودرو، به ویژه سیستم های پیشرفته کمک راننده (ADAS) و اتصال تجهیزات ایمنی مبتنی بر حسگر است.

گرچه برخی از اتصالات با لحیم کاری مجدد (مانند مدار فلکس به PCB) انجام می شود، اغلب محفظه های سنسور از طریق جوش لیزری آب بندی می شوند.

در نهایت، فناوری جوش لیزری برای خطوط تولید پرسرعت – به ویژه لیزرهای فایبر، که فاقد مواد مصرفی و بدون کاهش قدرت هستند، مناسب است. این لیزرها ستون فقرات خطوط جدید تولید خودرو را تشکیل می دهند.

3. چه نوع تجهیزات و فناوری جوش لیزری معمولاً برای کاربردهای خودرو استفاده می شود و مزایا و معایب آن چیست؟

در حال حاضر انواع مختلفی از فناوری‌های لیزری استفاده می‌شود، از جمله گارنت آلومینیوم ایتریوم دوپ شده با نئودیمیم پالسی برای اجزای کوچک، جوش‌های نقطه‌ای و جوش‌های درز، و همچنین لیزرهای دیود مستقیم آبی، لیزرهای فایبر، و لیزرهای دیسک پالسی.

اخیراً لیزرهای فایبر جایگاه بیشتری پیدا کرده اند و کاربردهای بیشتری در صنعت خودروسازی پیدا کرده اند. یک لیزر فایبر در یک فایبر شیشه ای انعطاف پذیر و دوپ شده تولید می شود که معمولاً 10 تا 30 فوت طول دارد و قطر هسته فایبر بین 10 تا 50 میکرون دارد.

ایتربیوم به عنوان عنصر دوپینگ استفاده می شود زیرا راندمان تبدیل خوب و طول موج خروجی نزدیک به 1 میکرون را فراهم می کند که به خوبی با اجزای تحویل لیزر موجود مطابقت دارد.

لیزر فایبر، سهولت استفاده، جابجایی و طول عمر را ارائه می دهد (اگر با استفاده نادرست آسیب نبیند). فایبرها همچنین مقرون به صرفه و نسبتاً ارزان برای کار در کف کارخانه هستند زیرا آنها به اندازه لیزر YAG یا دیسک پالسی برق نمی کشند.

4. آیا نمونه هایی از کاربردهای چالش برانگیز خودرو وجود دارند که فرآیند جوشکاری لیزری برای مقابله با این چالش ها راه حل ایجاد کرده باشد؟

در ادامه به سه کاربرد جالب در صنعت خودرو که  اخیراً دیده شده است، اشاره می کنیم:

1. آب بندی آغازگرهای کیسه هوا
2. جوشکاری باتری تب به سلول و تب به باس
3. جوشکاری سنجاقک مسی(میلگرد بست) در موتور الکتریکی.

هر یک از این کاربردها را می توان با لیزر فایبر موج پیوسته (CW) بدست آورد.

آغازگر کیسه هوا

در آغازگر کیسه هوا، از جوش درز برای آب بندی باروت داخل قوطی آغازگر استفاده می شود. اگر راننده تصادف کند، جریانی با باروت به سرنخ‌های قوطی وارد می‌شود که گرم شده و منفجر می‌شود تا فرآیند باز کردن کیسه هوا آغاز شود.

در طول پنج تا هفت سال گذشته، صنعت به فناوری لیزر فایبر روی آورده است، که فرآیند بسیار سریع‌تری است و توان عملیاتی را افزایش می‌دهد – فرآیند جوشکاری 10 برابر سریع‌تر است.

نوار تب به سلول و تب به گذرگاه

یکی دیگر از بازارهای رو به رشد اتصال بین سلول های باتری، بسته های باتری و ماژول های باتری بوده است. با ادامه افزایش خودروهای هیبریدی و تمام الکتریکی، تقاضا برای این جوش همچنان افزایش خواهد یافت.

با ادامه توسعه صنعت، انتقال به مواد رسانای بیشتر برای زبانه ها صورت گرفته است. با این حال، مواد باتری (در صورت استفاده از باتری های استوانه ای) تغییر نکرده است. اکنون اغلب درخواست می شود که مس به قوطی فولاد نورد سرد (CRS) یا حتی بدتر از آن، آلومینیوم را به CRS جوش داده شود.

منابع لیزری جدید اتصال این فلز غیر مشابه را امکان پذیر می کنند. انرژی در یک نقطه کوچک متمرکز می شود تا به جفت شدن انرژی در مواد و نفوذ در نتیجه کمک کند.این تکنیک جدید، نویدبخش اتصال فلزات غیرمشابه موجود در برنامه تب به سلول است.

سنجاقک(میلگرد بست) مسی

در حال حاضر استفاده از پین ها برای جایگزینی سیم پیچ های مسی سنتی در داخل استاتور موتور الکتریکی به عنوان راهی برای بهبود عملکرد موتور رایج است. با این حال، پین ها از مس ساخته شده اند، که یک ماده برای جوشکاری دشوار است. مس دارای انعکاس بالایی در IR است، بنابراین جفت کردن مواد برای ایجاد یک حوضچه مذاب به چگالی انرژی قابل توجهی نیاز دارد.

با پیشرفت لیزرهای فایبر تک حالته و سیستم های تحویل پرتو اسکن، این ماده و هندسه چالش برانگیز با موفقیت جوش داده می شود. بسته به اندازه پین ها، معمولاً از 1000 تا 4000 وات استفاده می شود. کلید موفقیت در کنترل حوضچه مذاب و در عین حال اجتناب از تخلخل بوده است.