01 Hybridné zváranie hrubých plechov laserovým oblúkom
Zváranie hrubých plechov (hrúbka ≥ 20 mm) zohráva kľúčovú úlohu pri výrobe veľkých zariadení v dôležitých oblastiach, ako je letecký a kozmický priemysel, navigácia a lodiarstvo, železničná doprava atď. Tieto komponenty sa zvyčajne vyznačujú veľkou hrúbkou, zložitými tvarmi spojov a zložitým prevádzkovým prostredím. Kvalita zvárania má priamy vplyv na výkon a životnosť zariadenia. V dôsledku pomalej rýchlosti zvárania a vážnych problémov s rozstrekom čelí tradičná metóda zvárania v ochrannej atmosfére plynu výzvam, ako je nízka účinnosť zvárania, vysoká spotreba energie a veľké zvyškové napätie, čo sťažuje splnenie stále rastúcich výrobných požiadaviek. Technológia hybridného zvárania laserovým oblúkom sa však líši od tradičnej technológie zvárania. Úspešne kombinuje výhodylaserové zváraniea oblúkové zváranie a vyznačuje sa veľkou hĺbkou prieniku, vysokou rýchlosťou zvárania, vysokou účinnosťou a lepšou kvalitou zvaru, ako je znázornené na obrázku 1. Preto táto technológia pritiahla širokú pozornosť a začala sa používať v niektorých kľúčových oblastiach.
Obrázok 1 Princíp hybridného zvárania laserovým oblúkom
02Výskum hybridného zvárania hrubých plechov laserovým oblúkom
Nórsky inštitút priemyselných technológií a Technická univerzita v Lule vo Švédsku študovali štrukturálnu uniformitu kompozitných zvarových spojov pri výkone 15 kW pre 45 mm hrubú mikrolegovanú vysokopevnostnú nízkolegovanú oceľ. Univerzita v Osake a egyptský Centrálny metalurgický výskumný ústav použili 20 kW vláknový laser na výskum jednoprechodového hybridného zvárania hrubých plechov (25 mm) pomocou spodnej vložky na riešenie problému spodného hrbolu. Dánska spoločnosť Force Technology Company použila dva 16 kW diskové lasery zapojené do série na výskum hybridného zvárania 40 mm hrubých oceľových plechov s výkonom 32 kW, čo naznačuje, že sa očakáva použitie vysokovýkonného laserového oblúkového zvárania pri zváraní základov veží veterných elektrární na mori, ako je znázornené na obrázku 2. Spoločnosť Harbin Welding Co., Ltd. je prvou spoločnosťou v krajine, ktorá zvládla základnú technológiu a technológiu integrácie zariadení pre vysokovýkonné hybridné zváranie tuhými laserovými taviacimi elektródami s oblúkom. Je to prvýkrát, čo sa v mojej krajine úspešne aplikuje technológia a zariadenie na hybridné zváranie tuhými laserovými taviacimi elektródami s vysokovýkonným oblúkom a dvojitým drôtom na taviacej elektróde na špičkové zariadenia. výroba.
Obrázok 2. Schéma rozloženia inštalácie laseru
Podľa súčasného stavu výskumu laserovo-oblúkového hybridného zvárania hrubých plechov v tuzemsku aj v zahraničí je zrejmé, že kombinácia metódy laserovo-oblúkového hybridného zvárania a úzkej drážky umožňuje zváranie hrubých plechov. Keď sa výkon laseru zvýši na viac ako 10 000 wattov, pod vplyvom ožiarenia vysokoenergetickým laserom sa správanie materiálu pri odparovaní, proces interakcie medzi laserom a plazmou, stabilný stav toku roztaveného kúpeľa, mechanizmus prenosu tepla a metalurgické správanie zvaru menia v rôznej miere. Keď sa výkon zvýši na viac ako 10 000 wattov, zvýšenie hustoty výkonu zvýši stupeň odparovania v oblasti v blízkosti malého otvoru a spätná sila priamo ovplyvní stabilitu malého otvoru a tok roztaveného kúpeľa, čím ovplyvní proces zvárania. Tieto zmeny majú nezanedbateľný vplyv na implementáciu laserového a kompozitného zvárania. Tieto charakteristické javy v procese zvárania priamo alebo nepriamo odrážajú stabilitu procesu zvárania do určitej miery a môžu dokonca určiť kvalitu zvaru. Vďaka spojovaciemu efektu dvoch tepelných zdrojov, laseru a oblúka, môžu oba tepelné zdroje naplno využiť svoje vlastné charakteristiky a dosiahnuť lepšie zváracie účinky ako pri zváraní jedným laserom a oblúkovom zváraní. V porovnaní s metódou autogénneho laserového zvárania má táto metóda zvárania výhody silnej prispôsobivosti medzery a veľkej zvárateľnej hrúbky. V porovnaní s metódou zvárania hrubých plechov laserovým drôtom s úzkou medzerou má výhody vysokej účinnosti tavenia drôtu a dobrého efektu spájania drážok. Okrem toho, priťahovanie laseru k oblúku zvyšuje stabilitu oblúka, vďaka čomu je hybridné zváranie laserom a oblúkom rýchlejšie ako tradičné oblúkové zváranie.zváranie laserovým prídavným drôtoms relatívne vysokou účinnosťou zvárania.
03 Aplikácia hybridného zvárania s vysokým výkonom laserového oblúka
Technológia vysokovýkonného laserového oblúkového hybridného zvárania sa v lodiarskom priemysle široko používa. Lodenica Meyer v Nemecku zriadila 12 kW výrobnú linku na hybridné zváranie CO2 laserom s oblúkom na zváranie plochých dosiek a výstuh trupu, aby sa dosiahlo vytvorenie 20 m dlhých kútových zvarov naraz a znížil sa stupeň deformácie o 2/3. Spoločnosť GE vyvinula hybridný zvárací systém s vláknovým laserom s maximálnym výstupným výkonom 20 kW na zváranie lietadlovej lode USS Saratoga, čím sa ušetrilo 800 ton zvarového kovu a znížila sa pracovná doba o 80 %, ako je znázornené na obrázku 3. CSSC 725 používa 20 kW vysokovýkonný hybridný zvárací systém s vláknovým laserom, ktorý dokáže znížiť deformáciu zvárania o 60 % a zvýšiť účinnosť zvárania o 300 %. Lodenica Shanghai Waigaoqiao používa 16 kW vysokovýkonný hybridný zvárací systém s vláknovým laserom. Výrobná linka využíva novú technológiu laserového hybridného zvárania + MAG zvárania na dosiahnutie jednostranného jednoprechodového zvárania a obojstranného tvarovania oceľových plechov s hrúbkou 4 – 25 mm. Technológia vysokovýkonného laserového oblúkového hybridného zvárania sa široko používa v obrnených vozidlách. Jej zváracie vlastnosti sú: zváranie zložitých kovových konštrukcií s veľkou hrúbkou, nízke náklady a vysoká účinnosť výroby.
Obrázok 3. Lietadlová loď USS Sara Toga
Technológia vysokovýkonného laserového oblúkového hybridného zvárania sa pôvodne používala v niektorých priemyselných oblastiach a stane sa dôležitým prostriedkom pre efektívnu výrobu veľkých konštrukcií so strednou a veľkou hrúbkou stien. V súčasnosti chýba výskum mechanizmu vysokovýkonného laserového oblúkového hybridného zvárania, ktorý je potrebné ďalej posilniť, ako napríklad interakcia medzi fotoplazmou a oblúkom a interakcia medzi oblúkom a roztaveným kúpeľom. V procese vysokovýkonného laserového hybridného zvárania stále existuje mnoho nevyriešených problémov, ako napríklad úzke procesné okno, nerovnomerné mechanické vlastnosti zvarovej štruktúry a komplikovaná kontrola kvality zvárania. S postupným zvyšovaním výstupného výkonu priemyselných laserov sa bude technológia vysokovýkonného laserového hybridného zvárania rýchlo rozvíjať a bude sa naďalej objavovať množstvo nových technológií laserového hybridného zvárania. Lokalizácia, rozsiahle využitie a inteligencia budú v budúcnosti dôležitými trendmi vo vývoji vysokovýkonných laserových zváracích zariadení.
Čas uverejnenia: 24. apríla 2024
