Какво представляват съвременните технологии за заваряване?

Какво представляват съвременните технологии за заваряване?

(1) Хибридно лазерно-дъгово заваряване

Технологията за обработка с високоенергийни лъчи е приветствана като най-обещаващата технология за обработка през 21-ви век, за която се смята, че „носи революционни промени в технологията на обработка на материали и производство“ и в момента е най-бързо развиващата се и най-изследваната техническа област.

Развитието назаваръчно оборудване„Към голям мащаб“ има две значения: едното е увеличаване на мощността на оборудването, а другото е уголемяване на частите, заварявани от оборудването. Поради големите еднократни инвестиции в модерно заваръчно оборудване, особено в лазерно заваряване и електроннолъчево заваряване, увеличаването на мощността, подобряването на дълбочината на проникване и стабилността на заваръчния процес могат относително да намалят разходите за заваряване, което го прави приемливо за индустрията. Следователно, хибридната технология за заваряване, съсредоточена върху лазерите, привлече вниманието. Всъщност, хибридното лазерно-дъгово заваряване е предложено още през 70-те години на миналия век, но стабилни индустриални приложения се появяват едва през последните години, възползвайки се главно от развитието на лазерната технология и оборудването за дъгово заваряване, особено от подобряването на лазерната мощност и технологията за управление на дъгата. Лазерно-дъговият хибрид включва главно комбинация от лазер с волфрамова дъга в инертен газ (TIG), плазмена дъга и активна дъга. Чрез взаимодействието между лазера и дъгата могат да се преодолеят недостатъците на всеки метод на заваряване, което води до добър хибриден ефект.

Лазерно-дъговото хибридно заваряване значително подобрява ефективността на заваряването, главно въз основа на два ефекта: първо, високата енергийна плътност води до по-висока скорост на заваряване и намалени топлинни загуби на детайла; второ, ефектът на суперпозиция от взаимодействието между двата източника на топлина. При заваряване на стомана, лазерната плазма стабилизира дъгата; едновременно с това дъгата навлиза в отвора на разтопената вана, намалявайки загубите на енергия. Комбинацията от лазер и TIG може значително да увеличи скоростта на заваряване, около два пъти в сравнение с TIG заваряването. Износването на волфрамовия електрод също е значително намалено, което увеличава експлоатационния му живот; ъгълът на канала също може да бъде значително намален, а площта на напречното сечение на заваръчния шев е подобна на тази при лазерното заваряване. В сравнение с лазерно-еднодъговото хибридно заваряване, лазерно-двудъговото хибридно заваряване може да намали вложената топлина при заваряване с 25% и да увеличи скоростта на заваряване с около 30%.

Основните предимства на лазерно-дъговото (или плазмено-дъгово) хибридно заваряване са подобрената скорост на заваряване и дълбочината на проникване. Поради нагряването на дъгата, температурата на метала се повишава, намалявайки отражателната му способност към лазера и увеличавайки абсорбцията на светлинна енергия. Този метод е тестван върху нискоенергийни CO₂ лазерни заварки, както и върху 12kW CO₂ лазерни заварки и 2kW YAG лазери с оптично влакно предаване, полагайки основите за роботизирано лазерно-дъгово (или плазмено-дъгово) хибридно заваряване. През последните години технологията за хибридно заваряване, родена от лазерно-дъговото хибридно заваряване, постигна значително развитие и приложението ѝ в сложни компоненти в аерокосмическия, военния и други сектори получава все по-голямо внимание. В момента хибридната технология за заваряване, комбинираща високоенергийни лъчи с различни дъги, се превърна в една от горещите точки в областта на високоенергийното лъчево заваряване.

(2) Заваряване с триене и разбъркване

Заваряването с триене и разбъркване (FSW) е патентована технология за заваряване, разработена от Института по заваряване (TWI) на Обединеното кралство в началото на 90-те години на миналия век. Тя може да заварява цветни метали, които са трудни за заваряване, използвайки методи на заваряване чрез стопяване.

Заваряването с триене с разбъркване има предимства като лесен процес на съединяване, фини зърна в заварената шевка, добри характеристики на умора, якост на опън и огъване, липса на нужда от заваръчни телчета или защитни газове, липса на дъгова светлина и ниско остатъчно напрежение и деформация след заваряване. То се прилага в аерокосмическата индустрия в развитите страни в Европа и Америка и се използва успешно при заваряване на тънкостенни съдове под налягане от алуминиеви сплави, работещи при ниски температури, за завършване на прави челни съединения на надлъжни заварки и периферни челни съединения на кръгли заварки. Тази технология е възприета в новите структурни конструкции на нови превозни средства и се прилага в аерокосмическата, транспортната, автомобилната и други промишлени сектори.

(3) Вакуумно дифузионно заваряване

Непрекъснатото появяване на съвременни материали поставя нови предизвикателства пред технологиите за съединяване. Съединяването на много нови материали, като топлоустойчиви сплави, високотехнологична керамика, интерметални съединения и композитни материали, особено съединяването на разнородни материали, е трудно постижимо с помощта на конвенционални методи за заваряване чрез сливане, поради което се появиха твърдофазно дифузионно свързване и други технологии. Например, технологията за свръхпластично формоване-дифузионно заваряване е успешно приложена в титаниеви сплави тип „пчелна пита“ на самолети. Керамиката и металите могат да се съединяват чрез дифузионно заваряване; прилагането на технология за преходно течнофазно дифузионно заваряване е решило много трудни проблеми със съединяването на твърди материали, които не са могли да бъдат решени чрез...заваряване с термоядрен синтезв миналото.

Твърдофазното съединение може да бъде разделено на две категории. Едната е метод на свързване с ниска температура, високо налягане и кратко време, който насърчава тесен контакт на повърхността на детайла и разкъсване на оксидния филм чрез локална пластична деформация. Пластичната деформация е доминиращият фактор при образуването на съединението. Такива методи на свързване включватзаваряване с триене, експлозивно заваряване, заваряване със студено налягане и заваряване с горещо налягане, които обикновено се наричат ​​заваряване под налягане. Другият е методът на дифузионно свързване с висока температура, ниско налягане и относително дълго време, обикновено извършван в защитна атмосфера или вакуум. Този метод на свързване води до минимална пластична деформация, а дифузията на интерфейса е доминиращият фактор при образуването на съединението. Такива методи на свързване включват главно дифузионно заваряване, като вакуумно-дифузионно заваряване, преходно течнофазно дифузионно заваряване, горещо-изостатично пресоване с дифузионно заваряване и свръхпластично формо-дифузионно заваряване.

В допълнение към непрекъснатото развитие на усъвършенствани методи за заваряване и нови процеси (горепосочените са само няколко примера), нивото на механизация и автоматизация на различните методи на заваряване непрекъснато се подобрява. Напредъкът на електронните технологии, сензорните технологии, компютрите и технологиите за управление значително насърчи развитието на заваръчната дисциплина, карайки автоматизацията на заваряването да се насочи към интелигентно управление. По-специално, мащабното въвеждане на заваръчните роботи проби традиционния твърд автоматизиран начин на заваряване, отвори нов начин за гъвкава автоматизация в заваряването и осигури по-широко пространство за развитие на заваръчната технология. Заваряването се превърна в незаменим метод на обработка в съвременното производство. Освен това, с напредъка на науката и технологиите и социално-икономическото развитие, областите на приложение на усъвършенстваното заваряване/съединяване ще продължат да се разширяват.

(4) Автоматизирано и интелигентно заваряване

Механизацията и автоматизацията са важни средства за подобряване на производителността на заваряването, осигуряване на качеството на продукта и подобряване на условията на труд. Автоматизацията на заваръчното производство е бъдещата посока на развитие на заваръчните технологии. Подобряването на ефективността и качеството на заваръчното производство има определени ограничения само от гледна точка на заваръчните процеси. Методите на заваряване/съединяване, като електроннолъчево заваряване, лазерно заваряване и заваряване с триене с разбъркване, имат строги изисквания към геометрията на каналите и качеството на сглобяване. След автоматично заваряване цялата заварена конструкция е чиста, прецизна и красива, което променя назадничавото явление на ръчна работа в заваръчните цехове в миналото.

Като един от важните символи на развитието на съвременните производствени технологии и развиващата се технологична индустрия, роботите оказаха важно влияние върху различни области на високотехнологичните индустрии. Сложността на производствените процеси на заваряване и строгите изисквания за качество на заваряване, съчетани с често лошото ниво на заваръчната технология и условията на труд, правят заваръчните процеси, които могат да автоматизират и интелигентизират процеса на заваряване, да получат специално внимание. В момента от 30% до 40% от роботите в световен мащаб се използват в заваръчната технология. Заваръчните роботи първоначално са се прилагали най-вече в производствени линии за точково заваряване в автомобилната индустрия, а през последните години постепенно се разширяват и в други производствени области.

Първият фокус на развитиеинтелигентно заваряванее системата за зрение. Разработените в момента системи за зрение могат да позволят на роботите автоматично да променят траекторията на движение на горелката според специфичните условия по време на заваряване, а някои могат своевременно да коригират параметрите на процеса според размера на канала.