Автоматизированная лазерная сварка автомобильной трансмиссии со 100% ультразвуковым контролем

У автомобилестроителей большие проблемы. После десятилетий эволюционного развития в автомобильной промышленности происходят огромные изменения в связи с электрификацией автомобилей.

На первый взгляд можно даже подумать, что лазерная сварка традиционной силовой передачи и аналогичных компонентов (рисунок 1) - не имеет будущего. Большинство компонентов трансмиссии, например, двигатели внутреннего сгорания и коробки передач - исчезнут и будут заменены на электрические силовые агрегаты, аккумуляторы и силовую электронику.

Что будет? Различные заинтересованные стороны пытаются предсказать долю рынка силовых агрегатов на различных принципах. В качестве примера, компания Schaeffler, один из крупнейших поставщиков автомобильных деталей в Германии, предсказывает сценарий 30/40/30. Эксперты утверждают, что к 2030 году чисто электрических транспортных средств (EVs) будет 30%. 40% будет гибридных транспортных средств - с электрическими и традиционными силовыми агрегатами. А двигатели внутреннего сгорания будут иметь 30% автомобильного рынка.

Это создает новые проблемы. Компоненты электрической трансмиссии могут принести дополнительный вес в машину. Нужны большие усилия, чтобы его снизить, и это под давлением огромных затрат, когда клиенты уже сталкиваются с большими ценниками на батареи.

Лазерная сварка является благоприятной технологией для улучшения конструкции трансмиссии, её веса и стоимости.

В статье, на рисунке 2, показан прекрасный пример этого, когда массивные шестерни приваривается к дифференциалу вместо болтового соединения.

Этот процесс был внедрён 10 лет назад для премиум автомобилей для снижения веса и экономии затрат. Теперь эта технология используется для транспортных средств во всех областях, от компактных до большегрузных автомобилей, а также высокопроизводительных спортивных моделей. На рисунке 3 показан проект автоматизированной линии изготовления дифференциалов из отдельных компонентов. Такая линия с лазерной сваркой может производить изделия с очень коротким циклом: < 30 s.

Перед сваркой выполняются: чтение кодов матрицы данных (DMC), лазерная очистка зоны сварки и мониторинг операции прессования. После сварки проверяется геометрия, биение сварных узлов. Качество швов проверяется ультразвуковым дефектоскопом. Осуществляется 100% осмотр и контроль сварных дифференциалов, что очень важно. Результаты измерений и контроля хранятся, обеспечивая 100% отслеживаемость качества процесса сварки. Улучшение сварочного оборудования и повышение его стабильности были достигнуты уже в последние годы, и особенно, после внедрения современных твердотельных лазеров при производстве силовых агрегатов.

Движущей силой этого процесса является спрос производителей на стратегию качества - на всех стадиях больших объемов производства.

В статье, на рисунке 4, показаны результаты ультразвукового теста. Критерии контроля, как правило, это количество и размер обнаруженных сварных дефектов и отклонений, а также их накопленная длина. Что скрывается за использованием ультразвукового испытательного оборудования? Есть много проверенных и устоявшихся решений в процессе мониторинга — например, плазменная диагностика и новые методы, такие, как оптическая когерентная томография (ОСТ). Зачем нам ультразвуковая дефектоскопия?

Все методы контроля процесса сварки имеют один присущие недостаток: они контролируют сам процесс, а не сварной шов. Они отслеживают сигналы, поступающие из процесса, и используют их для мониторинга и/или замкнутого цикла управления процессом. В лучшем случае, метод мониторинга сварочного процесса может указывать обстоятельства ошибки. А метод, например, ультразвуковой дефектоскопии, после завершения процесса - проверяет непрерывность, сплошность шва и может нам сказать, есть ли трещины, поры и другие дефекты, а также - их размеры и количество. И в случае сомнений и неопределенности, всегда можно использовать для проверки другое, более сложное испытательное оборудование.

Конечно, если есть плюсы, там будут и некоторые минусы. Ультразвуковое (УЗК) тестирование требует дополнительного оборудования, а заготовки под контроль должны быть, соответственно, подготовлены. Поскольку при УЗК используются для хорошего сцепления датчика с поверхностью контролируемого изделия жидкости, то они после контроля должны быть удалены, а изготовленные детали - высушены.

Тем не менее, в последние годы, количество производственных систем с комплексным ультразвуковым тестированием значительно выросло, выполняя проект стратегии качества: «a zero-defect strategy».

Фото - Типичные примеры лазерной сварки деталей силовой части автомобилей.

Источник: Advanced manufacturing solutions for automotive powertrain production / ANDREAS MOOTZ // Industrial Laser Solutions, 2019, JANUARY / FEBRUARY, p.33-34; www.industrial-lasers.com