Czym są zaawansowane technologie spawalnicze?

Czym są zaawansowane technologie spawalnicze?

(1) Spawanie hybrydowe laserowo-łukowe

Technologia przetwarzania wiązką wysokoenergetyczną jest uznawana za najbardziej obiecującą technologię przetwarzania w XXI wieku, która „wprowadzi rewolucyjne zmiany w technologii przetwarzania i wytwarzania materiałów”. Obecnie jest najszybciej rozwijającą się i najlepiej zbadaną dziedziną techniki.

Rozwójsprzęt spawalniczyPrzejście na dużą skalę ma dwa znaczenia: po pierwsze, oznacza wzrost mocy urządzeń, a po drugie, powiększenie części spawanych przez urządzenia. Ze względu na wysokie jednorazowe inwestycje w zaawansowany sprzęt spawalniczy, zwłaszcza w urządzenia do spawania laserowego i wiązką elektronów, zwiększenie mocy, poprawa głębokości wtopienia i stabilności procesu spawania może relatywnie obniżyć koszty spawania, co czyni go akceptowalnym w przemyśle. Dlatego technologia spawania hybrydowego oparta na laserach zyskała na popularności. W rzeczywistości hybrydowe spawanie laserowo-łukowe zostało zaproponowane już w latach 70. XX wieku, ale stabilne zastosowania przemysłowe pojawiły się dopiero w ostatnich latach, głównie dzięki rozwojowi technologii laserowej i urządzeń do spawania łukowego, a zwłaszcza poprawie mocy lasera i technologii sterowania łukiem. Spawanie hybrydowe laserowo-łukowe polega głównie na połączeniu lasera z łukiem wolframowym w osłonie gazu obojętnego (TIG), łukiem plazmowym i łukiem aktywnym. Dzięki interakcji między laserem a łukiem, wady każdej metody spawania mogą zostać przezwyciężone, co skutkuje dobrym efektem hybrydowym.

Spawanie hybrydowe laserowo-łukowe znacząco poprawia wydajność spawania, głównie dzięki dwóm efektom: po pierwsze, wysoka gęstość energii przekłada się na wyższą prędkość spawania i mniejsze straty ciepła przedmiotu obrabianego; po drugie, na efekt superpozycji wynikający z interakcji dwóch źródeł ciepła. Podczas spawania stali, plazma laserowa stabilizuje łuk; jednocześnie łuk wchodzi w otwór ciekłego metalu, zmniejszając straty energii. Połączenie lasera i TIG może znacznie zwiększyć prędkość spawania, około dwukrotnie w porównaniu ze spawaniem TIG. Zużycie elektrody wolframowej jest również znacznie zmniejszone, co wydłuża jej żywotność; kąt rowka może zostać znacząco zmniejszony, a pole przekroju poprzecznego spoiny jest porównywalne z polem przekroju poprzecznego spawania laserowego. W porównaniu ze spawaniem hybrydowym laserowo-łukowym, spawanie hybrydowe laserowo-łukowe pozwala zmniejszyć ilość ciepła doprowadzonego o 25% i zwiększyć prędkość spawania o około 30%.

Głównymi zaletami hybrydowego spawania laserowo-łukowego (lub plazmowego) są zwiększona prędkość spawania i głębokość wtopienia. W wyniku nagrzewania łuku temperatura metalu wzrasta, zmniejszając jego odbicie od lasera i zwiększając absorpcję energii świetlnej. Metoda ta została przetestowana na spawaniu laserowym CO₂ o niskiej mocy, a także na spawaniu laserowym CO₂ o mocy 12 kW i laserach YAG o mocy 2 kW z transmisją światłowodową, kładąc podwaliny pod zrobotyzowane spawanie hybrydowe laserowo-łukowe (lub plazmowe). W ostatnich latach technologia spawania hybrydowego, wywodząca się z hybrydowego spawania laserowo-łukowego, osiągnęła znaczny rozwój, a jej zastosowanie w złożonych komponentach w przemyśle lotniczym, wojskowym i innych sektorach cieszy się coraz większym zainteresowaniem. Obecnie technologia spawania hybrydowego łącząca wiązki wysokoenergetyczne z różnymi łukami stała się jednym z najgorętszych punktów w dziedzinie spawania wiązką wysokoenergetyczną.

(2) Spawanie tarciowe z mieszaniem

Spawanie tarciowe z przemieszaniem (FSW) to opatentowana technologia spawania opracowana przez brytyjski Instytut Spawalniczy (TWI) na początku lat 90. XX wieku. Umożliwia ona spawanie metali nieżelaznych, które trudno spawać metodami spawania wtapiającego.

Zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem ma takie zalety, jak prosty proces łączenia, drobnoziarnista spoina, dobra wytrzymałość na zmęczenie, rozciąganie i gięcie, brak konieczności stosowania drutów spawalniczych i gazów osłonowych, brak łuku elektrycznego oraz niskie naprężenia szczątkowe i odkształcenia po spawaniu. Technologia ta została zastosowana w przemyśle lotniczym i kosmicznym w rozwiniętych krajach Europy i Ameryki, z powodzeniem stosowana do spawania cienkościennych zbiorników ciśnieniowych ze stopów aluminium pracujących w niskich temperaturach, a także do wykonywania prostych spoin czołowych spoin wzdłużnych i obwodowych spoin czołowych spoin kołowych. Technologia ta została wdrożona w projektowaniu nowych pojazdów oraz w przemyśle lotniczym, transportowym, motoryzacyjnym i innych sektorach przemysłu.

(3) Spawanie dyfuzyjne próżniowe

Ciągły rozwój zaawansowanych materiałów stawia nowe wyzwania przed technologiami łączenia. Łączenie wielu nowych materiałów, takich jak stopy żaroodporne, ceramika high-tech, związki międzymetaliczne i materiały kompozytowe, a zwłaszcza łączenie materiałów o różnych właściwościach, jest trudne do osiągnięcia za pomocą konwencjonalnych metod spawania. W związku z tym pojawiły się technologie spawania dyfuzyjnego w fazie stałej i inne. Na przykład technologia spawania dyfuzyjnego z formowaniem nadplastycznym została z powodzeniem zastosowana w konstrukcjach plastra miodu ze stopów tytanu stosowanych w samolotach. Ceramikę i metale można łączyć metodą spawania dyfuzyjnego; zastosowanie technologii spawania dyfuzyjnego w fazie ciekłej w stanie przejściowym rozwiązało wiele trudnych problemów z łączeniem twardych materiałów, których nie dało się rozwiązać za pomocą spawania dyfuzyjnego.spawaniew przeszłości.

Łączenie w stanie stałym można podzielić na dwie kategorie. Pierwsza to metoda łączenia w niskiej temperaturze, wysokim ciśnieniu i krótkim czasie, która sprzyja ścisłemu kontaktowi powierzchni przedmiotu obrabianego i pękaniu warstwy tlenkowej poprzez lokalne odkształcenie plastyczne. Odkształcenie plastyczne jest dominującym czynnikiem w formowaniu połączenia. Takie metody łączenia obejmują:spawanie tarcioweZgrzewanie wybuchowe, zgrzewanie na zimno i zgrzewanie na gorąco, które są powszechnie nazywane zgrzewaniem ciśnieniowym. Drugą metodą jest spawanie dyfuzyjne z wysoką temperaturą, niskim ciśnieniem i stosunkowo długim czasem, zazwyczaj przeprowadzane w atmosferze ochronnej lub próżni. Ta metoda łączenia powoduje jedynie minimalne odkształcenia plastyczne, a dyfuzja międzyfazowa jest dominującym czynnikiem w formowaniu złącza. Do takich metod łączenia należą głównie zgrzewanie dyfuzyjne, takie jak zgrzewanie dyfuzyjne w próżni, zgrzewanie dyfuzyjne w fazie ciekłej, zgrzewanie dyfuzyjne z gorącym prasowaniem izostatycznym oraz zgrzewanie dyfuzyjne z formowaniem nadplastycznym.

Oprócz ciągłego pojawiania się zaawansowanych metod spawania i nowych procesów (powyższe przykłady to tylko kilka), poziom mechanizacji i automatyzacji różnych metod spawania stale się poprawia. Postęp technologii elektronicznej, czujników, komputerów i technologii sterowania znacząco przyspieszył rozwój dyscypliny spawalniczej, sprawiając, że automatyzacja spawania ewoluuje w kierunku inteligentnego sterowania. W szczególności, wprowadzenie na szeroką skalę robotów spawalniczych przełamało tradycyjny, sztywny tryb automatyzacji spawania, otworzyło nowy tryb elastycznej automatyzacji spawania i zapewniło szerszą przestrzeń rozwoju technologii spawalniczej. Spawanie stało się niezbędną metodą przetwarzania w nowoczesnym przemyśle. Ponadto, wraz z postępem nauki i technologii oraz rozwojem społeczno-gospodarczym, obszary zastosowań zaawansowanego spawania/łączenia będą się nadal rozszerzać.

(4) Spawanie automatyczne i inteligentne

Mechanizacja i automatyzacja to istotne środki służące poprawie wydajności spawania, zapewnieniu jakości produktu i poprawie warunków pracy. Automatyzacja produkcji spawalniczej to przyszły kierunek rozwoju technologii spawalniczej. Poprawa wydajności i jakości produkcji spawalniczej ma pewne ograniczenia jedynie z perspektywy procesów spawalniczych. Metody spawania/łączenia, takie jak spawanie wiązką elektronów, spawanie laserowe i spawanie tarciowe z przemieszaniem, stawiają surowe wymagania dotyczące geometrii rowka i jakości montażu. Po spawaniu automatycznym cała spawana konstrukcja jest schludna, precyzyjna i piękna, co odchodzi w zapomnienie od konwencjonalnej, ręcznej obróbki w warsztatach spawalniczych.

Jako jeden z ważnych symboli rozwoju nowoczesnych technologii produkcyjnych i rozwijającego się przemysłu technologicznego, roboty wywarły istotny wpływ na różne dziedziny przemysłu high-tech. Złożoność procesów produkcyjnych w spawalnictwie i surowe wymagania dotyczące jakości spawania, w połączeniu z często niskim poziomem technologii i warunkami pracy, sprawiają, że procesy spawalnicze, które mogą zautomatyzować i zinteligentizować proces spawania, cieszą się szczególną uwagą. Obecnie 30–40% robotów na świecie jest wykorzystywanych w spawalnictwie. Roboty spawalnicze były początkowo stosowane głównie na liniach produkcyjnych zgrzewania punktowego w przemyśle motoryzacyjnym, a w ostatnich latach stopniowo rozszerzyły swoją działalność na inne dziedziny produkcji.

Pierwszym celem rozwojuinteligentne spawanieTo system wizyjny. Obecnie opracowywane systemy wizyjne umożliwiają robotom automatyczną modyfikację trajektorii ruchu palnika w zależności od określonych warunków podczas spawania, a niektóre z nich mogą na bieżąco dostosowywać parametry procesu do rozmiaru rowka.