01 Хибридно лазерно-дъгово заваряване с дебели листове
Заваряването на дебели листове (дебелина ≥ 20 мм) играе ключова роля в производството на голямо оборудване във важни области като аерокосмическа индустрия, навигация и корабостроене, железопътен транспорт и др. Тези компоненти обикновено се характеризират с голяма дебелина, сложни форми на съединенията и сложна работна среда. Качеството на заваряване има пряко въздействие върху производителността и живота на оборудването. Поради бавната скорост на заваряване и сериозните проблеми с пръските, традиционният метод за заваряване в защитна газова среда е изправен пред предизвикателства като ниска ефективност на заваряване, висока консумация на енергия и голямо остатъчно напрежение, което затруднява посрещането на постоянно нарастващите производствени изисквания. Технологията за лазерно-дъгово хибридно заваряване обаче се различава от традиционната технология за заваряване. Тя успешно съчетава предимствата на...лазерно заваряванеи дъгово заваряване, и има характеристиките на голяма дълбочина на проникване, бърза скорост на заваряване, висока ефективност и по-добро качество на заварката, както е показано на Фигура 1. Следователно, тази технология е привлякла широко внимание и е започнала да се прилага в някои ключови области.
Фигура 1 Принцип на лазерно-дъгово хибридно заваряване
02Изследване на лазерно-дъгово хибридно заваряване на дебели плочи
Норвежкият институт по индустриални технологии и Технологичният университет Луле в Швеция са изследвали структурната еднородност на композитните заварени съединения при мощност 15 kW за микролегирана високоякостна нисколегирана стомана с дебелина 45 мм. Университетът в Осака и Централният институт за металургични изследвания в Египет са използвали 20 kW фибърен лазер, за да проведат изследване на хибридния процес на еднопроходно лазерно-дъгово заваряване на дебели плочи (25 мм), използвайки дънен облицовчик за решаване на проблема с дънната гърбица. Датската компания Force Technology използва два дискови лазера с мощност 16 kW, свързани последователно, за да проведе изследване на хибридното заваряване на стоманени плочи с дебелина 40 мм при мощност 32 kW, което показва, че се очаква лазерно-дъговото заваряване с висока мощност да се използва при заваряването на основи на кули за офшорни вятърни електроцентрали, както е показано на Фигура 2. Harbin Welding Co., Ltd. е първата компания в страната, която е усвоила основната технология и технологията за интеграция на оборудване за хибридно заваряване с топлинен източник с висока мощност и лазерно-топящ се електрод. Това е първият път, в който успешно се прилага технологията и оборудването за хибридно заваряване с лазерно-топящ се електрод с висока мощност и двутелово топящ се електрод към висококачествено оборудване в моята страна. производство.
Фигура 2. Диаграма на разположението на лазерната инсталация
Според текущото състояние на изследванията на лазерно-дъговото хибридно заваряване на дебели плочи в страната и чужбина, може да се види, че комбинацията от метод на лазерно-дъгово хибридно заваряване и тесен канал може да постигне заваряване на дебели плочи. Когато мощността на лазера се увеличи до над 10 000 вата, под облъчване с високоенергиен лазер, поведението на изпаряване на материала, процесът на взаимодействие между лазера и плазмата, стабилното състояние на потока на разтопената вана, механизмът на топлопренос и металургичното поведение на заваръчния шев ще настъпят промени в различна степен. С увеличаване на мощността до над 10 000 вата, увеличаването на плътността на мощността ще засили степента на изпаряване в зоната близо до малкия отвор, а силата на отката ще повлияе директно върху стабилността на малкия отвор и потока на разтопената вана, като по този начин ще повлияе на процеса на заваряване. Промените имат незначително въздействие върху прилагането на лазерни и комбинирани заваръчни процеси. Тези характерни явления в процеса на заваряване пряко или косвено отразяват до известна степен стабилността на заваръчния процес и дори могат да определят качеството на заваръчния шев. Свързващият ефект на двата източника на топлина - лазер и дъга - може да накара двата източника на топлина да разгърнат напълно собствените си характеристики и да постигнат по-добри заваръчни ефекти, отколкото при еднократно лазерно заваряване и дъгово заваряване. В сравнение с метода на лазерно автогенно заваряване, този метод на заваряване има предимствата на силна адаптивност на хлабината и голяма заваряема дебелина. В сравнение с метода за заваряване с лазерно запълване на тел с тясна хлабина при дебели плочи, той има предимствата на висока ефективност на топене на телта и добър ефект на сливане на каналите. Освен това, привличането на лазера към дъгата подобрява стабилността на дъгата, което прави лазерно-дъговото хибридно заваряване по-бързо от традиционното дъгово заваряване.лазерно заваряване с тел за запълване, с относително висока ефективност на заваряване.
03 Приложение за хибридно заваряване с лазерна дъга с висока мощност
Технологията за хибридно лазерно-дъгово заваряване с висока мощност се използва широко в корабостроителната индустрия. Корабостроителницата Meyer в Германия е създала 12kW CO2 лазерно-дъгово хибридно заваръчна производствена линия за заваряване на плоски плочи и укрепващи елементи на корпуса, за да постигне образуването на 20 м дълги ъглови заварки наведнъж и да намали степента на деформация с 2/3. GE разработи хибридна система за фибро лазерно-дъгово заваряване с максимална изходна мощност 20kW за заваряване на самолетоносача USS Saratoga, спестявайки 800 тона заваръчен метал и намалявайки човекочасове с 80%, както е показано на Фигура 3. CSSC 725 използва 20kW хибридна система за фибро лазерно-дъгово заваряване с висока мощност, която може да намали деформацията на заваряването с 60% и да увеличи ефективността на заваряването с 300%. Корабостроителницата Shanghai Waigaoqiao използва 16kW хибридна система за фибро лазерно-дъгово заваряване с висока мощност. Производствената линия използва нова технология за лазерно хибридно заваряване + MAG заваряване, за да се постигне едностранно еднопроходно заваряване и двустранно формоване на стоманени плочи с дебелина 4-25 мм. Високомощната лазерно-дъгова хибридна технология за заваряване се използва широко в бронираните машини. Нейните заваръчни характеристики са: заваряване на сложни метални конструкции с голяма дебелина, ниска цена и високоефективно производство.
Фигура 3. Самолетоносач USS Sara Toga
Технологията за хибридно лазерно-дъгово заваряване с висока мощност първоначално е била прилагана в някои индустриални области и ще се превърне във важно средство за ефективно производство на големи конструкции със средна и голяма дебелина на стените. В момента липсват изследвания върху механизма на хибридното лазерно-дъгово заваряване с висока мощност, който се нуждае от допълнително усъвършенстване, като например взаимодействието между фотоплазмата и дъгата и взаимодействието между дъгата и разтопената вана. Все още има много нерешени проблеми в процеса на хибридно лазерно-дъгово заваряване с висока мощност, като например тесен технологичен прозорец, неравномерни механични свойства на заваръчната структура и сложен контрол на качеството на заваряване. С постепенното увеличаване на изходната мощност на индустриалните лазери, технологията за хибридно лазерно-дъгово заваряване с висока мощност ще се развива бързо и ще се появяват различни нови технологии за хибридно лазерно заваряване. Локализацията, мащабът и интелигентността ще бъдат важни тенденции в развитието на оборудване за лазерно заваряване с висока мощност в бъдеще.
Време на публикуване: 24 април 2024 г.
