CAP4. Asamblarea prin sudare în industria auto [308829]

CAP4. Asamblarea prin sudare în industria auto

1.[anonimizat] ,transportului dar si al culturii.

[anonimizat] o multitudine de servicii.

Industria auto a [anonimizat]. [anonimizat].

[anonimizat], cât și de modul în care ele lucrează împreună.

Ansamblurile ale unui automobil

1. Motorul

2. Sistemul de ungere: pompa de ulei și filtrul de ulei

3. Sistemul de răcire: pompa de apă și radiatorul

4. Instalația de alimentare

5. Instalația electrică.

6. Transmisia

7. Cutia de viteze

8. Direcția

9. Instalația de frânare

10. Caroseria, organele punților și a suspensiei

2. Asamblarea prin sudare în industria auto

Asamblările prin sudare fac parte din categoria asamblărilor nedemontabile.

Asamblările nedemontabile sunt asamblările pentru a căror desfacere este necesară distrugerea parțială sau totală a organului de asamblare sau a pieselor componente.

[anonimizat].

Fig. 1 Utilizarea sudurii în constructia unui automobil Aceste asamblări au ca avantaje: -[anonimizat] -[anonimizat] -[anonimizat] -[anonimizat] -poluare redusă

Dezavantaje ale asamblărilor sudate: -[anonimizat], [anonimizat], presiunea, șocul, cu sau fără materiale de adaos. Prin procedeul de sudare se realizează o legătură atomică între piesele asamblate sau între piesele asamblate și materialul de adaos. Dezvoltarea sudurii ca procedeu de asamblare nedemontabilă se datorează evoluției tehnologice în multe domenii, ceea ce a permis extinderea sa ca procedeu de asamblare.

Dezvoltarea controlului calității cu ajutorul defectoscopiei cu raze Rontgen, cu izotopi radioactivi, ultrasunete sau rezonanță magnetică a dus la creșterea calității sudurii și a posibilităților de remediere a defectelor acesteia.

Sudura reprezintă rezultatul sudării și este formată din materialele de bază ale piesei și materialul de adaos ce formează legătura dintre piese.

Sudura se poate realiza direct sau indirect.

Sudura directă se realizează fără material de adaos, direct între piesele sudate. Operația se realizează prin încălzire locală și presiune.

Sudura indirectă se realizează cu material de adaos, similar cu al pieselor asamblate. Operația se realizează prin încălzirea locală a pieselor de îmbinat și prin topirea materialului de adaos.

Cordonul de sudură, numit și cusătură, este realizat prin topirea materialului de adaos și, parțial, a materialului piesei.

Baia de sudură este topitura ce apare în procesul de sudare.

Materialul de bază este materialul din care sunt realizate piesele ce trebuie îmbinate.

Sudabilitatea se înțelege capacitatea unui metal sau aliaj de a putea fi îmbinat prin sudare astfel încât îmbinarea să satisfacă condițiile tehnice de exploatare. Sudabilitatea este înfluențată de diferiți factori: -constructivi -metalurgici -tehnologici -exploatare

În industria auto, se folosesc două metode de sudare:

– sudarea prin topire;

– sudarea prin presiune.

În construcțiile metalice se folosesc cel mai adesea sudarea cu arc electric, sudarea prin presiune și sudarea oxiacetilenică.

Alegerea procedeului de sudare se face ținând seama de următoarele criterii:

– materialele sudate;

– utilajul folosit;

– condițiile de funcționare a organului de mașină.

3.Procedee de sudare în industria auto

3.1Sudarea prin topire

Sudarea prin topire este metoda de îmbinare a două sau mai multe piese, prin topirea locală a acestora, cu sau fără adaos de material. Procedeele de sudare prin topire cele mai folosite în industrie sunt sudarea cu gaz și sudarea cu arc electric a). Sudarea manuală prin topire cu arc electric

Fig. 2 Sudarea cu arc electric

În acest caz topirea materialului se obține prin căldura degajată de arcul electric produs intre doi electrozi sau între materialul de bază și electrod. Calitatea sudurii este influențată de pregătirea și de disponibilitatea sudorului. Productivitatea este scăzută. Metoda se aplică pentru toate tipurile de cusături, indiferent de poziția acestora.

b). Sudarea cu gaz (flacără) La acest metodă, drept combustibil este aplicat de obicei acetilena, iar ca material de adaos, se folosesc sârme care au compoziția chimică apropiată de a materialului de bază. Metoda este folosit la sudarea tablelor subțiri cu grosimea sub 4 mm, precum și la sudarea metalelor neferoase.

Căldura este produsă flacăra unui gaz combustibil (acetilenă, propan,etc) sau a vaporilor unui lichid combustibil (benzină,petrol lampat, etc) în amestec cu oxigen. Procesul mai este numit și sudare cu flacără. Procedeul ia denumirea gazului sau a lichidului combustibil folosit: oxiacetilenic (cu acetilenă), oxihidric (cu hidrogen), oxibenzenic (cu benzen), etc.

Fig. 3 Sudarea cu gaz (flacără)

c). Sudarea automată sub strat de flux

La acest tip de sudare, calitatea sudării este mult superioară sudării manuale, consumul de energie electrică este mult redus, iar productivitatea este superioară. În cazul sudurilor scurte sau pe contururi curbe și greu accesibile, se utilizează sudarea semiautomată sub flux cu tub flexibil, caz în care conducerea arcului electric se face manual.

Prin sudarea automată sub strat de flux, se realizează cusături drepte, de lungime relativ mare, sau cusături circulare, orizontale, puțin înclinate.

Fig. 4 Sudarea automată sub strat de flux

d). Sudarea în mediu de gaz protector

În acest caz, arcul electric poate fi supravegheat, productivitatea este mai mare și costul mai redus. Prezintă avantajul realizării unei suduri uniforme și de mai bună calitate, adâncimea de sudură fiind mult mai mare. Metoda automată de sudare se aplică pentru lungimi mari de sudură, atunci când accesul la locul de sudare este ușor. Productivitatea este de 15-20 de ori mai mare decât la sudarea manuală. Această metodă este destul de eficientă la sudarea tablelor subțiri, mai ales dacă acestea sunt realizate din oțeluri inoxidabile termorezistente. Drept gaz protector, se utilizează:

– bioxid de carbon, la sudarea oțelurilor – argon sau azot, la sudarea cuprului.

Fig. 5 Sudarea în mediu de gaz protector

e). Sudarea în baie de zgură

Sudarea în baia de zgură se bazează pe transformarea energiei electrice în energie caloric prin intermediul rezistenței electrice a unei băi de zgură.

La acestă metodă, curentul electric trece cu ajutorul electrozilor prin baia de zgură și prin metalul topit la piesele de sudat.

Fig. 6 Sudarea în baie de zgură

3.2 Sudarea prin presiune

Sudarea prin presiune reprezinta unul dintre cele mai productive metode de sudare, cu mare aplicabilitate, in special în situația producției de masă. Acestă metodă nu necesită metal de adaos, legătura făcându-se între piesele care se sudează.

Sudarea prin presiune prin rezistența electrică constituie grupa de metode de sudare, la care, odată cu apăsarea pieselor una contra celeilalte, printr-un mijloc mecanic, se aplică si încălzirea locală a pieselor în vederea sudării prin efectul caloric, produs de rezistența electrică a unui curent de intensitate mare introduse in piesele de sudat.

Căldura dezvoltată în zona supusă sudării se pierde parțial prin conductivitate in masa învecinată mai rece a metalului supus sudării si parțial in aerul înconjurător, in special la o încălzire mai puternică.

Pentru a obține o productivitate mare, la sudarea pieselor în serie mare sau toate variantele de metode pot fi automatizate.

Variantele de metode de sudare sunt:

a) Sudarea prin puncte Sudarea prin puncte se obține in urma incălzirii locale, prin efectul Joule, a tablelor

suprapuse, ce urmează a se asambla. Se utilizează pentru îmbinarea tablelor subțiri între ele sau a tablelor cu profile subțiri, cu grosimea până la 5 mm. Îmbinările se execută prin suprapunerea marginilor de sudat, obținându-se fie puncte sudate, izolate, fie concomitent mai multe puncte. După sudare, rezultă împrimări ale vârfurilor de contact, în funcție de curent și de presiunea exercitată.

Fig. 7 Schema de principiu pentru sudarea in puncte directa.

1- componente supuse procesului de sudare, 2 – electrod de contact inferior;

3- electrod de contact superior; 4 – transformator de sudare.

b) Sudarea cap la cap    Se utilizează la piese masive când îmbinarea se realizează pe întreaga secțiune a pieselor. Sudarea cap la cap se execută la cald în stare solidă sau prin topire. Capetele pieselor bine prelucrate sunt aduse în contact și li se aplică un efort de apasare. Apoi se conectează sursa de alimentare cu energie electrică și după atingerea stării plastice a capetelor aflate în contact intim, se marește efortul de apasare, ceea ce are ca rezultat refularea metalului deci sudarea pieselor. Îmbinarea realizată conține impurități de la suprafețele limitrofe si oxizii formați in timpul incălzirii.

c) Sudarea in linie .

Sudare în linie se folosește la îmbinarea tablelor subțiri pe o linie continuă de sudare.Tablele se pune între 2 role electrozi prin care trece curentul de sudare dirijat perpendicular pe piesele de sudat. Fig. 8 Schema de principiu pentru sudarea in linie

4. Subansamble din construcția autovehiculului unde se utilizează asamblarea prin sudare

Fig.9 Sudarea caroseriei a unui automobil

În industria auto asamblările prin sudare se utilizează cu precădere la cadru și la caroserie.

Acestea sunt componente principale unde se folosește sudura ca și metoda de asamblare, deoarece acestea nu mai trebuie demontate ulterior, pentru reparații, recondiționări sau alte intervenții. În astfel de situații asamblarea prin sudare reprezintă un mod eficient și rapid de asamblare.

4.1 Cadrul automobilului

Cadrul automobilului este elementul:

–pe care se asamblează motorul, toate ansamblurile transmisiei, sistemul de rulare și organele de conducere.

–care face legătura portantă dintre puntea din față și puntea din spate, care preia toate solicitările ce apar în exploatare ( încovoiere, tracțiune, răsucire, oscilații).

–la unele autoturisme și autobuze, cadrul lipsește ca organ distinct, funcțiile sale fiind preluate de caroserie.

Condițiile care trebuie să le îndeplinească un cadru de automobil sunt:

–Greutate minimă compatibilă cu o rigiditate suficientă

–Construcție simplă care să permită montarea și fixarea ușoară a diferitelor organe și a caroseriei

–Cost redus

–Să permită fixarea cât mai jos a părților componente ale automobilului în scopul de a coborâ centrul de greutate al acestuia.

Forma generală a cadrului automobilului este definit în mare măsură de:

–modul de aranjare a diferitelor organe (mai ales motorul)

–de felul suspensiei

–de poziția punții motoare etc.

Cadrul automobilului poate fi:

–Cu lonjeroane

–Cu tub central

–Cu platformă

–Combinat

Forma lonjeroanelor si a cadrului este codiționată de probleme de rezistență, de bracarea roților față și de dezbaterea punților.

Lonjeroanele pot fi profiluri in I, sau grinzi din tablă de oțel

ambutisat in formă de U, pentru vehiculele mai usoare. Pentru autoturisme, lonjeroanele din tablă profilată se inlocuiesc cu tuburi de secțiune dreptunghiulară.

Lonjeronul este format din două elemente, dintre care unul nu este decat un simplu

capac, asamblat prin sudură electrică, sau prin nituire.(figura 10)

Fig. 10 Tipuri de lonjeroane bloc

Traversele sunt fabricate după aceeași metodă precum lonjeroanele. Aceste cadre se numesc cadre tubular ,ele dă o rigiditate si o rezistență superioară față de cadrele clasice, dar prezintă inconvenientul de a nu permite utilizarea asamblărilor filetate pentru fixarea diverselor organe pe șasiu. Pentru aceasta se folosește sudura oxi-acetilenică sau electrică, mai ales pentru fixarea

caroseriei pe sasiu. Anumite cadre tubulare prezintă diferite decupări ce permit utilizarea asamblărilor filetate pentru fixarea diferitor organe ale autovehiculului.

4.2 Caroseria automobilului

Fig.11 Sudură manuală în puncte (Uzina Dacia)

Caroseria reprezintă o structură din tablă armată prin incorporarea unui schelet

metalic, a cărei rigiditate depinde de rigiditatea infrastructurii. Indiferent de structura adoptată, scopul dorit este același obținerea unui ansamblu șasiu caroserie cu rigiditate cât mai mare la incovoiere si torsiune și greutatea să fie cât mai mică. Caroseria dacă este distinctă de șasiu, contribuie la mărirea rigidității acestuia.

Fig.12 Sudarea caroseriei cu ajutorul roboților

Pentru a diminua greutatea autovehiculului, tabla de oțel este înlocuită

cu tabla de aluminiu, dar fabricarea este mai complicată. Ambutisarea cere condiții speciale, sudarea pune probleme deosebite in ceea ce priveste decaparea, asamblarea celor două piese si a montajelor mult mai complicate. De aceea unele suduri nu se pot executa decat in atmosferă protectoare de argon.

Asamblarea elementelor caroseriilor automobilelor se realizează prin:

– sudură prin puncte – sudură in mediu protector [MIG, MAG, WIG);

– sudură cu laser;

– bolțuri sudate;

– nituire;

– nituire prin stanțare;

– lipire;

– îmbinări cu șuruburi;

– îmbinări combinate.

Producatorii de automobile consideră in prezent că este neapărat să se conteze mai puțin pe echipamentul specializat de asamblare a caroseriilor si mai mult pe o automatizare flexibilă integrată in sistemul general CAD.

Începand cu anul 1969 au fost folosiți pe liniile de asamblare primii roboți industriali pentru sudarea si vopsirea caroseriilor de automobile. Procedeele de sudare in puncte si de sudare continuă cu arc in mediu de gaz protector se realizează cu ajutorul roboților industriali în celulele si liniile flexibile pentru asamblarea caroseriilor de autovehicule.

Fig.13 Procedee de îmbinare a caroseriilor:

1–sudură prin puncte; 2–sudură în mediu protector (MIG, MAG, WIG); 3–îmbinări cu bolțuri sudate; 4– îmbinări cu nituri; 5– îmbinări cu șuruburi; 6– sudură cu laser; 7– îmbinări prin lipire; 8– nituire prin stanțare; 9– îmbinări prin întrepătrundere; 10 – îmbinări combinate.

5) Alegerea și implementarea soluțiilor de sudare robotizată automatizată

Prima linie robotizată de asamblare a caroseriilor de automobile a fost implementată de

firma Chevrolet in anul 1969 pentru modelul Vega. Cauzele extinderii rapide a sistemelor flexibile de fabricație la asamblarea

caroseriilor prin sudare si lipire, sunt cele generale legate de șocurile exogene suferite

de industria mondială de automobile in ultimul deceniu (creșterea prețului

combustibililor, materialelor metalice si a celor sintetice, scăderea cererii și pierderea

unor piețe datorită concurenței internaționale) și de necesitatea: reducerii

costurilor de fabricație și majorării productivității in raport cu concurența internațională; asigurarea integrării rapide și economice a schimbărilor de tehnologii, metode si procedee, în situațiile unei diversități largi de modele de caroserii si automobile cerute de beneficiari; menținerea stabilității produselor si sistemelor tehnologice aplicate în producția de automobile. În industria de automobile la asamblarea prin sudare a caroseriilor si

cabinelor se utilizează roboți industriali pentru sudare prin rezistență, in puncte (cu cap de sudare cu electrozi cilindrici), in linie (cap de sudare cu role) sau cu arc in mediu protector. Roboți industriali folosiți trebuie să aibă un mecanism generator de traiectorie cu trei grade de libertate și mecanismul de orientare două sau trei grade de libertate, astfel încât cleștele capul de sudare să poată fi poziționat în cât mai multe variante si poziții față de produsul de sudat. În cazul sudării cu arc reperele sunt: punctul de intersecție a axei capului de sudare cu axa de simetrie a rostului de sudare si axa geometrică a capului de sudare. Roboți industriali folosiți la sudare sunt acționați printr-un sistem electric sau hidraulic de comandă automată fiind asigurată la sudura prin rezistență in puncte printr-un program punct cu punct, iar la sudarea cu arc programul este multipunct sau cu traiectorie continuă. Structura de comandă automată al roboților industriali utilizați pentru sudarea cu arc trebuie să aibă in program cu instrucțiuni care să asigure mai multor treceri sau a miscării oscilatorie de "țesere" a cusăturii, dacă acestea sunt necesare. Avantajele utilizări roboților industriali sunt:

-creșterea eficienței în procesul de producție;

-creșterea calitații produselor prin reducerea riscului de eroare umana;

-creșterea stabilitații procesului de producție si a nivelului de control prin programarea automată;