01 Лазерно-дугове гібридне зварювання товстих пластин
Зварювання товстих листів (товщиною ≥ 20 мм) відіграє ключову роль у виробництві великогабаритного обладнання у важливих галузях, таких як аерокосмічна промисловість, навігація та суднобудування, залізничний транспорт тощо. Ці компоненти зазвичай характеризуються великою товщиною, складними формами з'єднань та складними умовами експлуатації. Якість зварювання безпосередньо впливає на продуктивність та термін служби обладнання. Через низьку швидкість зварювання та серйозні проблеми з розбризкуванням, традиційний метод зварювання в середовищі захисного газу стикається з такими проблемами, як низька ефективність зварювання, високе споживання енергії та великі залишкові напруження, що ускладнює задоволення постійно зростаючих виробничих вимог. Однак, технологія лазерно-дугового гібридного зварювання відрізняється від традиційної технології зварювання. Вона успішно поєднує переваги...лазерне зварюванняі дугового зварювання, і має характеристики великої глибини проникнення, високої швидкості зварювання, високої ефективності та кращої якості зварювання, як показано на рисунку 1. Таким чином, ця технологія привернула широку увагу та почала застосовуватися в деяких ключових галузях.
Рисунок 1. Принцип лазерно-дугового гібридного зварювання
02Дослідження лазерно-дугового гібридного зварювання товстих пластин
Норвезький інститут промислових технологій та Технологічний університет Луле у Швеції досліджували структурну однорідність композитних зварних з'єднань при потужності 15 кВт для мікролегованої високоміцної низьколегованої сталі товщиною 45 мм. Університет Осаки та Центральний металургійний дослідницький інститут Єгипту використовували волоконний лазер потужністю 20 кВт для дослідження однопрохідного гібридного лазерно-дугового зварювання товстих пластин (25 мм) з використанням підкладки для вирішення проблеми горба днища. Датська компанія Force Technology використовувала два дискові лазери потужністю 16 кВт, послідовно з'єднані, для дослідження гібридного зварювання сталевих пластин товщиною 40 мм потужністю 32 кВт, що вказує на те, що очікується використання потужного лазерно-дугового зварювання у зварюванні основи веж морських вітрових електростанцій, як показано на рисунку 2. Harbin Welding Co., Ltd. є першою в країні компанією, яка опанувала основну технологію та технологію інтеграції обладнання для потужного гібридного зварювання твердим лазером з плавильним електродом та дуговим зварюванням високої потужності. Це перший випадок успішного застосування технології та обладнання для гібридного зварювання твердим лазером з двома дротяними плавильним електродом та дуговим зварюванням високої потужності для високоякісного обладнання в моїй країні. виробництво.
Рисунок 2. Схема розташування лазера
Згідно з сучасним станом досліджень лазерно-дугового гібридного зварювання товстих пластин у країні та за кордоном, можна побачити, що поєднання методу лазерно-дугового гібридного зварювання та вузькощільної канавки може забезпечити зварювання товстих пластин. Коли потужність лазера зростає до понад 10 000 Вт, під впливом високоенергетичного лазера змінюються поведінка випаровування матеріалу, процес взаємодії між лазером і плазмою, стабільний стан потоку розплавленої ванни, механізм теплопередачі та металургійна поведінка зварного шва. Зміни відбуватимуться різною мірою. Зі збільшенням потужності до понад 10 000 Вт збільшення щільності потужності посилить ступінь випаровування в області поблизу малого отвору, а сила віддачі безпосередньо вплине на стабільність малого отвору та потік розплавленої ванни, тим самим впливаючи на процес зварювання. Ці зміни мають незначний вплив на реалізацію лазерного та комбінованого процесів зварювання. Ці характерні явища в процесі зварювання прямо чи опосередковано відображають стабільність процесу зварювання певною мірою і навіть можуть визначати якість зварного шва. Зв'язуючий ефект двох джерел тепла, лазера та дуги, вони можуть повністю реалізувати свої характеристики та отримати кращі зварювальні ефекти, ніж зварювання одним лазером та дугове зварювання. Порівняно з методом лазерного автогенного зварювання, цей метод зварювання має переваги високої адаптивності зазору та великої товщини зварюваного матеріалу. Порівняно з методом зварювання товстих пластин лазерним дротом з вузьким зазором, він має переваги високої ефективності плавлення дроту та хорошого ефекту зварювання канавок. Крім того, притягання лазера до дуги підвищує стабільність дуги, роблячи лазерно-дугове гібридне зварювання швидшим, ніж традиційне дугове зварювання.лазерне зварювання присадного дроту, з відносно високою ефективністю зварювання.
03 Застосування гібридного лазерно-дугового зварювання високої потужності
Технологія високопотужного лазерно-дугового гібридного зварювання широко використовується в суднобудівній промисловості. Верф Meyer Shipyard у Німеччині встановила виробничу лінію CO2-лазерно-дугового гібридного зварювання потужністю 12 кВт для зварювання плоских листів корпусу та ребер жорсткості, що дозволяє утворювати кутові зварні шви довжиною 20 м за один раз та зменшувати ступінь деформації на 2/3. GE розробила гібридну систему волоконного лазерно-дугового зварювання з максимальною вихідною потужністю 20 кВт для зварювання авіаносця USS Saratoga, що дозволило заощадити 800 тонн зварного металу та скоротити людино-години на 80%, як показано на рисунку 3. CSSC 725 використовує потужну гібридну систему волоконного лазерно-дугового зварювання потужністю 20 кВт, яка може зменшити деформацію зварювання на 60% та підвищити ефективність зварювання на 300%. Шанхайська верф Waigaoqiao Shipyard використовує потужну гібридну систему волоконного лазерно-дугового зварювання потужністю 16 кВт. Виробнича лінія використовує нову технологію лазерного гібридного зварювання + MAG-зварювання для досягнення одностороннього однопрохідного зварювання та двостороннього формування сталевих пластин товщиною 4-25 мм. Технологія високопотужного лазерно-дугового гібридного зварювання широко використовується в бронетехніки. Її зварювальні характеристики: зварювання складних металевих конструкцій великої товщини, низька вартість та висока ефективність виробництва.
Рисунок 3. Авіаносець USS Sara Toga
Технологія високопотужного лазерно-дугового гібридного зварювання спочатку застосовувалася в деяких промислових галузях і стане важливим засобом для ефективного виготовлення великих конструкцій із середньою та великою товщиною стінок. Наразі бракує досліджень механізму високопотужного лазерно-дугового гібридного зварювання, який потребує подальшого посилення, таких як взаємодія між фотоплазмою та дугою, а також взаємодія між дугою та розплавленою ванною. У процесі високопотужного лазерно-дугового гібридного зварювання досі залишається багато невирішених проблем, таких як вузьке технологічне вікно, нерівномірні механічні властивості зварної структури та складний контроль якості зварювання. Зі збільшенням вихідної потужності промислових лазерів, технологія високопотужного лазерно-дугового гібридного зварювання швидко розвиватиметься, і продовжуватиме з'являтися різноманітні нові технології лазерно-гібридного зварювання. Локалізація, великомасштабність та інтелектуалізація будуть важливими тенденціями в розвитку високопотужного лазерного зварювального обладнання в майбутньому.
Час публікації: 24 квітня 2024 р.
