01 Spawanie hybrydowe grubych blach łukiem laserowym
Spawanie grubych blach (o grubości ≥ 20 mm) odgrywa kluczową rolę w produkcji dużych urządzeń w ważnych dziedzinach, takich jak lotnictwo, nawigacja i przemysł stoczniowy, transport kolejowy itp. Komponenty te charakteryzują się zwykle dużą grubością, złożonymi formami połączeń i kompleksową obsługą środowiska. Jakość spawania ma bezpośredni wpływ na wydajność i żywotność sprzętu. Ze względu na małą prędkość spawania i poważne problemy z odpryskami tradycyjna metoda spawania w osłonie gazu napotyka wyzwania, takie jak niska wydajność spawania, wysokie zużycie energii i duże naprężenia szczątkowe, co utrudnia spełnienie stale rosnących wymagań produkcyjnych. Technologia spawania hybrydowego łukiem laserowym różni się jednak od technologii spawania tradycyjnego. Z powodzeniem łączy w sobie zaletyspawanie laserowei spawanie łukowe i charakteryzuje się dużą głębokością penetracji, dużą prędkością spawania, wysoką wydajnością i lepszą jakością spoiny, jak pokazano na rysunku 1. Dlatego technologia ta przyciągnęła powszechną uwagę i zaczęła być stosowana w niektórych kluczowych obszarach.
Rysunek 1 Zasada spawania hybrydowego łukiem laserowym
02Badania nad hybrydowym spawaniem łukowo-laserowym grubych blach
Norweski Instytut Technologii Przemysłowej i Uniwersytet Technologiczny w Lule w Szwecji zbadały jednorodność strukturalną kompozytowych połączeń spawanych o mocy poniżej 15 kW dla mikrostopowej stali niskostopowej o wysokiej wytrzymałości i grubości 45 mm. Uniwersytet w Osace i Centralny Instytut Badań Metalurgicznych w Egipcie wykorzystały laser światłowodowy o mocy 20 kW do przeprowadzenia badań nad jednoprzebiegowym procesem hybrydowego spawania łukiem laserowym grubych blach (25 mm), przy użyciu wykładziny dolnej w celu rozwiązania problemu garbu dolnego. Duńska firma Force Technology Company wykorzystała dwa lasery dyskowe o mocy 16 kW połączone szeregowo do przeprowadzenia badań nad hybrydowym spawaniem blach stalowych o grubości 40 mm przy mocy 32 kW, co wskazuje, że spawanie łukiem laserowym o dużej mocy będzie stosowane w spawaniu podstaw morskich wież elektrowni wiatrowych , jak pokazano na rysunku 2. Firma Harbin Welding Co., Ltd. jest pierwszą firmą w kraju, która opanowała podstawową technologię i technologię integracji sprzętu do spawania hybrydowego źródła ciepła za pomocą łuku elektrycznego z użyciem stałego lasera o dużej mocy. Po raz pierwszy w moim kraju udało mi się z powodzeniem zastosować technologię i sprzęt do spawania hybrydowego łukiem elektrodowym o dużej mocy, z użyciem stałego lasera i podwójnego drutu topiącego, w wysokiej klasy sprzęcie. produkcja.
Rysunek 2. Schemat układu instalacji laserowej
Zgodnie z aktualnym stanem badań nad spawaniem hybrydowym grubych blach łukiem laserowym w kraju i za granicą, można zauważyć, że połączenie metody spawania hybrydowego łukiem laserowym i rowka o wąskiej szczelinie może osiągnąć spawanie grubych blach. Kiedy moc lasera wzrasta do ponad 10 000 watów, pod wpływem napromieniowania lasera wysokoenergetycznego następuje parowanie materiału, proces interakcji między laserem a plazmą, stabilny stan przepływu stopionego basenu, mechanizm przenoszenia ciepła i metalurgiczne zachowanie spoiny Zmiany będą zachodzić w różnym stopniu. Gdy moc wzrośnie do ponad 10 000 watów, wzrost gęstości mocy będzie intensyfikować stopień parowania w obszarze w pobliżu małego otworu, a siła odrzutu będzie bezpośrednio wpływać na stabilność małego otworu i przepływ stopionego jeziorka, wpływając w ten sposób na proces spawania. Zmiany mają istotny wpływ na wdrażanie procesów spawania laserowego i jego kompozytów. Te charakterystyczne zjawiska w procesie spawania bezpośrednio lub pośrednio odzwierciedlają w pewnym stopniu stabilność procesu spawania, a nawet mogą decydować o jakości spoiny. Efekt sprzężenia dwóch źródeł ciepła, lasera i łuku, może sprawić, że dwa źródła ciepła w pełni wykorzystają swoje własne właściwości i uzyskają lepsze efekty spawania niż pojedyncze spawanie laserowe i spawanie łukowe. W porównaniu z laserową metodą spawania autogenicznego, ta metoda spawania ma zalety w postaci dużej możliwości dostosowania szczeliny i dużej grubości spawania. W porównaniu z metodą spawania grubych płyt drutem laserowym z wąską szczeliną, ma ona zalety polegające na wysokiej wydajności topienia drutu i dobrym efekcie wtapiania rowków. . Ponadto przyciąganie lasera do łuku zwiększa stabilność łuku, dzięki czemu spawanie hybrydowe łukiem laserowym jest szybsze niż tradycyjne spawanie łukowe ispawanie laserowe drutem dodatkowym, przy stosunkowo dużej wydajności spawania.
03 Zastosowanie do spawania hybrydowego łukiem laserowym dużej mocy
Technologia hybrydowego spawania łukiem laserowym dużej mocy jest szeroko stosowana w przemyśle stoczniowym. W stoczni Meyer w Niemczech uruchomiono linię produkcyjną do spawania hybrydowego łukiem laserowym CO2 o mocy 12 kW, służącą do spawania płaskich blach kadłuba i usztywnień, aby za jednym razem uzyskać spoiny pachwinowe o długości 20 m i zmniejszyć stopień odkształceń o 2/3. Firma GE opracowała hybrydowy system spawania łukiem laserowym i laserem światłowodowym o maksymalnej mocy wyjściowej 20 kW do spawania lotniskowca USS Saratoga, oszczędzając 800 ton metalu spoiny i redukując roboczogodziny o 80%, jak pokazano na rysunku 3. CSSC 725 wykorzystuje technologię Hybrydowy system spawania laserem światłowodowym o mocy 20 kW o dużej mocy i łukiem laserowym, który może zmniejszyć odkształcenia spawalnicze o 60% i zwiększyć wydajność spawania o 300%. Stocznia Shanghai Waigaoqiao wykorzystuje hybrydowy system spawania łukiem laserowym o mocy 16 kW i dużej mocy. Linia produkcyjna wykorzystuje nową technologię procesową laserowego spawania hybrydowego + spawania MAG, aby uzyskać jednostronne spawanie w jednym przejściu i dwustronne formowanie blach stalowych o grubości 4-25 mm. Technologia hybrydowego spawania łukiem laserowym dużej mocy jest szeroko stosowana w pojazdach opancerzonych. Jego właściwości spawalnicze to: spawanie skomplikowanych konstrukcji metalowych o dużej grubości, niski koszt i wysoka wydajność produkcji.
Rysunek 3. Lotniskowiec USS Sara Toga
Technologia hybrydowego spawania łukiem laserowym dużej mocy została początkowo zastosowana w niektórych dziedzinach przemysłu i stanie się ważnym środkiem wydajnej produkcji dużych konstrukcji o średnich i dużych grubościach ścian. Obecnie brakuje badań dotyczących mechanizmu spawania hybrydowego łukiem laserowym dużej mocy, który wymaga dalszego udoskonalenia, takich jak oddziaływanie fotoplazmy i łuku oraz oddziaływanie łuku i jeziorka. W procesie spawania hybrydowego łukiem laserowym dużej mocy nadal istnieje wiele nierozwiązanych problemów, takich jak wąskie okno procesowe, nierówne właściwości mechaniczne struktury spoiny i skomplikowana kontrola jakości spawania. Wraz ze stopniowym wzrostem mocy wyjściowej laserów przemysłowych, technologia hybrydowego spawania łukiem laserowym o dużej mocy będzie się szybko rozwijać i w dalszym ciągu będzie pojawiać się szereg nowych technologii laserowego spawania hybrydowego. Lokalizacja, wielkoskalowość i inteligencja będą w przyszłości ważnymi trendami w rozwoju urządzeń do spawania laserowego dużej mocy.
Czas publikacji: 24 kwietnia 2024 r
