概要: 従来の自動車の鋼鉄をアルミニウム合金に置き換えて使用することは、自動車の軽量化を実現する重要な方法の 1 つです。しかし、アルミニウム合金は熱伝導率が良く、線膨張係数が大きいという特性により、溶接にはいくつかの問題があります。

従来の自動車の鋼鉄の代わりにアルミニウム合金を使用することは、自動車の軽量化を実現する重要な方法の 1 つです。しかし、アルミニウム合金は熱伝導率が良く、線膨張係数が大きいという特性により、溶接には次のような問題があります。

1) アルミニウム合金の溶接継手は著しく軟化しており、強度係数が低い。

2) アルミニウム合金は酸化しやすく、高融点酸化皮膜 (Al2O3、融点は 2060°C) を形成するため、高出力密度の溶接プロセスが必要です。

３）毛穴ができやすい。

４）線膨張係数が大きく、溶接変形や溶接割れが発生しやすい。

5）熱伝導率、比熱容量が大きく、溶接鋼に比べて2～4倍の入熱量があ​​ります。

したがって、高性能のアルミニウム合金溶接継手を得るには、高エネルギー密度、低い溶接入熱、高い溶接速度を備えた溶接法が必要であり、その中でもレーザー溶接は最も有望なアルミニウム合金溶接技術の一つである。

1. アルミニウム合金レーザー溶接技術

1.1 アルミニウム合金レーザー自溶溶接

レーザー自溶溶接とは、高エネルギー密度のレーザー光を熱源として母材表面に衝突させ、母材自体を溶かして溶接継手を形成する溶接方法です。アルミニウム合金のレーザー溶接の場合、アルミニウム合金の表面はレーザーに対する反射率が高く、溶接には大きなレーザー出力が必要です。レーザースポット径は小さく、溶接ツールの精度は高く、部品ギャップの公差値は低く、通常は部品が必要です。ギャップ値は0.2mm未満です。溶接プロセス中の加熱と冷却の速度が速く、溶接気孔欠陥が多く、レーザーエネルギー密度が集中し、キーホール効果により溶接の沈み込みとアンダーカットの現象が発生しやすくなります。したがって、溶接プロセスのパラメータにはより高い要件が求められます。

レーザー自溶溶接は、アルミニウム合金溶接において良好な溶接品質、速い溶接速度、自動化が容易であるという利点があり、自動車業界で広く使用されています。電気自動車業界では、アルミニウム合金レーザー自溶溶接は主にパワーバッテリーケースのシールに使用されています。中国の新エネルギー自動車会社のアルミニウムボディでは、ドアアセンブリと側壁構造部品の溶接にもアルミニウム合金レーザー自溶溶接が使用されています。

1.2 アルミニウム合金のレーザーフィラー溶接

レーザーワイヤフィリング溶接では、溶接する金属を溶かすための主な熱源としてレーザーが引き続き使用されますが、自動ワイヤ供給装置を使用して溶融池にフィラー金属を連続的に供給し、冶金的接続プロセスを実現します。レーザー自溶溶接と比較して、レーザーワイヤ充填溶接は溶接プロセスのギャップ精度の要件を緩和します。溶接ワイヤにさまざまな成分を充填することにより、溶接部の冶金的特性が改善され、溶接の熱亀裂や気孔が防止され、溶接プロセスの安定性が向上します。および関節の機械的特性。

アルミニウム合金レーザーフィラーワイヤ溶接は、レーザー自溶溶接に比べて外観品質が良く、加工ギャップ精度が緩いという特徴があります。通常、トップカバーと側壁の間、トランクリッド外板の上下パネルの間など、車体外面に使用されます。より高い溶接品質を得るために、アルミニウム合金ドアの溶接にレーザーフィラーワイヤ溶接を使用したモデルもあります。

1.3 アルミニウム合金のレーザー・アークハイブリッド溶接

レーザー・アークハイブリッド溶接は、物理的特性とエネルギー伝達機構が全く異なるレーザーとアーク熱源を組み合わせ、溶接対象のワークピースに作用します。2つの熱源それぞれの利点を最大限に発揮するだけでなく、相互に補完し合います。不足。アルミニウム合金レーザーアークハイブリッド溶接では、アークがレーザー熱源を誘導し、アルミニウム合金のレーザー吸収能力と溶接プロセス中のエネルギー利用率を向上させることができ、溶接表面の形成性はレーザー自己溶接よりも優れています。フラックス溶接。

さらに、アークの発生により、溶接ワークのクランプ精度が大幅に低下する可能性があります。同時に、アークはレーザー溶接のプラズマを希釈する効果があり、レーザーに対するプラズマのシールド効果が低下する可能性があります。レーザーはアークの安定性に重要な役割を果たしており、高速溶接中にアークが安定して接合部に作用するため、接合部の溶接品質が向上し、溶接速度が向上します。

2. 自動車産業におけるアルミニウム合金レーザー溶接の応用

自動車産業におけるレーザー溶接の応用には、次のような多くの利点があります。

1) 溶接速度が速く、生産サイクルを向上させることができ、溶接速度は 6 メートル/分に達することができ、白色ボディの他の接続方法 (スポット溶接、アーク溶接、リベット留めなど) に比べて比類のない利点があります。

2) 車体構造上の制約が少なく、様々な溶接構造（重ね継手、すみ肉継手、T継手、突合せ継手）や片面溶接に適用でき、ビームが届く位置での溶接が可能で、より設計が容易です。フレキシブル;

3）レーザー溶接のエッジ要件は低く、スポット溶接と比較して溶接エッジ要件（16mm）の半分である6〜8mmで溶接でき、軽量化に役立ちます。

4) ルーフとリアカバーのレーザー溶接構造によりボディの軽量化が図れ、シーラントや外装トリムの塗布が不要となり、ボディのコストが削減されます。

5) 全体的なレーザー溶接の継ぎ目は滑らかで整然としており、外観は良好です。

自動車技術、業界の処理能力、および処理品質の継続的な向上により、レーザー溶接の使用コストは大幅に削減されるでしょう。同時に、自動車の軽量化の発展に伴い、自動車ボディへのアルミニウム合金の適用が増加しており、レーザー溶接はアルミニウム合金溶接の品質に対する解決策です。問題を結び付ける重要な方法の 1 つは、自動車業界でさらに広く使用されることになります。