Що таке передові технології зварювання?
Розвиток науки і техніки сприяв постійному прогресу в технології зварювання, що призвело до появи нових методів зварювання. Передові технології зварювання стосуються вдосконалених методів з'єднання, що виходять за рамки традиційних (таких як дугове зварювання в захисному середовищі металу, зварювання під флюсом та звичайне газове дугове зварювання металом). Поява та дослідження цих передових методів зварювання є результатом міждисциплінарної інтеграції. Передові технології зварювання (наприклад, високоенергетичне променеве зварювання, лазерно-дугове гібридне зварювання, вакуумно-дифузійне зварювання тароботизоване зварювання) застосовуються в електроніці, енергетиці, автомобільній, аерокосмічній, ядерній промисловості та інших секторах. Вони відіграють вирішальну та незамінну роль у зварюванні спеціальних матеріалів та конструкцій, сприяючи соціальному та технологічному прогресу.
Зварювання передових матеріалів тісно пов'язане з розвитком високих технологій та має унікальні та незамінні функції. Після швидкого розвитку у 20 столітті, зварювальні технології, як важлива ланка сучасної промисловості, вступили у 21 століття зі зрілою системою, переходячи від ручного виробництва до механізованого, автоматизованого, інформаційно-орієнтованого та інтелектуального виробництва. Це знаменує собою нову еру в зварювальній науці та техніці.
(1) Лазерно-дугове гібридне зварювання
Технологія обробки високоенергетичним променем вважається найперспективнішою технологією обробки у 21 столітті, яка, як вважається, «принесе революційні зміни в технології обробки матеріалів та виробництва», і наразі є найшвидше зростаючою та найбільш дослідженою технічною галуззю.
Розвитокзварювальне обладнанняТермін «великомасштабне» має два значення: одне – збільшення потужності обладнання, а інше – збільшення деталей, що зварюються цим обладнанням. Завдяки високим одноразовим інвестиціям у сучасне зварювальне обладнання, особливо лазерне та електронно-променеве зварювальне обладнання, збільшення потужності, покращення глибини проникнення та стабільності процесу зварювання може відносно знизити витрати на зварювання, роблячи його прийнятним для промисловості. Тому технологія гібридного зварювання, зосереджена на лазерах, привернула увагу. Фактично, гібридне лазерно-дугове зварювання було запропоновано ще в 1970-х роках, але стабільне промислове застосування з'явилося лише в останні роки, головним чином завдяки розвитку лазерної технології та обладнання для дугового зварювання, особливо вдосконаленню лазерної потужності та технології керування дугою. Гібридне лазерно-дугове зварювання в основному передбачає поєднання лазера з вольфрамовою дугою в середовищі інертного газу (TIG), плазмовою дугою та активною дугою. Завдяки взаємодії між лазером та дугою можна подолати недоліки кожного методу зварювання, що призводить до хорошого гібридного ефекту.
Лазерно-дугове гібридне зварювання значно підвищує ефективність зварювання, головним чином завдяки двом ефектам: по-перше, висока щільність енергії призводить до вищої швидкості зварювання та зменшення тепловтрат заготовки; по-друге, ефекту суперпозиції взаємодії між двома джерелами тепла. Під час зварювання сталі лазерна плазма стабілізує дугу; водночас дуга входить у замкову щілину розплавленої ванни, зменшуючи втрати енергії. Поєднання лазера та TIG може значно збільшити швидкість зварювання, приблизно вдвічі порівняно з TIG-зварюванням. Знос вольфрамового електрода також значно зменшується, що збільшує його термін служби; кут канавки також може бути значно зменшений, а площа поперечного перерізу зварювання подібна до площі лазерного зварювання. Порівняно з лазерним однодуговим гібридним зварюванням, лазерно-дводугове гібридне зварювання може зменшити підведення тепла до зварювання на 25% та збільшити швидкість зварювання приблизно на 30%.
Основними перевагами лазерно-дугового (або плазмово-дугового) гібридного зварювання є покращена швидкість зварювання та глибина проникнення. Через нагрівання дуги температура металу підвищується, що зменшує його відбивну здатність до лазера та збільшує поглинання світлової енергії. Цей метод був випробуваний на малопотужному CO₂-лазерному зварюванні, а також на CO₂-лазерному зварюванні потужністю 12 кВт та YAG-лазерах потужністю 2 кВт з оптичним волокном, що закладає основу для роботизованого лазерно-дугового (або плазмово-дугового) гібридного зварювання. В останні роки технологія гібридного зварювання, що народилася на основі лазерно-дугового гібридного зварювання, досягла значного розвитку, а її застосування в складних компонентах в аерокосмічній, військовій та інших секторах привертає все більшу увагу. Наразі технологія гібридного зварювання, що поєднує високоенергетичні промені з різними дугами, стала одним з актуальних напрямків у галузі високоенергетичного променевого зварювання.
(2) Зварювання тертям з перемішуванням
Зварювання тертям з перемішуванням (FSW) – це запатентована технологія зварювання, розроблена Інститутом зварювання (TWI) Великої Британії на початку 1990-х років. Вона дозволяє зварювати кольорові метали, які важко зварювати методами зварювання плавленням.
Зварювання тертям з перемішуванням має такі переваги, як простий процес з'єднання, дрібне зерно в зварному з'єднанні, хороші характеристики втоми, міцності на розтяг та згинання, відсутність потреби в зварювальних дротах або захисних газах, відсутність дугового випромінювання, низькі залишкові напруження та деформації після зварювання. Воно застосовується в аерокосмічній промисловості розвинених країн Європи та Америки, а також успішно використовується для зварювання тонкостінних посудин під тиском з алюмінієвих сплавів, що працюють за низьких температур, для виконання прямого стикового з'єднання поздовжніх зварних швів та кільцевого стикового з'єднання круглих зварних швів. Ця технологія була прийнята в нових конструкціях нових транспортних засобів та застосовується в аерокосмічній, транспортній, автомобільній та інших промислових секторах.
(3) Вакуумне дифузійне зварювання
Постійна поява передових матеріалів ставить нові виклики перед технологіями з'єднання. З'єднання багатьох нових матеріалів, таких як жароміцні сплави, високотехнологічна кераміка, інтерметалеві сполуки та композитні матеріали, особливо з'єднання різнорідних матеріалів, важко досягти за допомогою традиційних методів зварювання плавленням, тому з'явилися твердотільні дифузійні зварювання та інші технології. Наприклад, технологія надпластичного формування-дифузійного зварювання була успішно застосована в стільникових структурах титанових сплавів літаків. Кераміку та метали можна з'єднувати дифузійним зварюванням; застосування технології перехідного рідкофазного дифузійного зварювання вирішило багато складних проблем з'єднання твердих матеріалів, які не могли бути вирішені за допомогою...зварювання плавленняму минулому.
Твердофазне з'єднання можна розділити на дві категорії. Одна з них — це метод з'єднання за низької температури, високого тиску та короткого часу, що сприяє тісному контакту поверхні заготовки та розриву оксидної плівки через локальну пластичну деформацію. Пластична деформація є домінуючим фактором у формуванні з'єднання. До таких методів з'єднання належать...зварювання тертям, зварювання вибухом, зварювання холодним тиском та зварювання гарячим тиском, які зазвичай називають зварюванням під тиском. Інший - це метод дифузійного зварювання з високою температурою, низьким тиском та відносно тривалим часом, який зазвичай виконується в захисній атмосфері або вакуумі. Цей метод з'єднання призводить лише до мінімальної пластичної деформації, а дифузія на межі розділу є домінуючим фактором у формуванні з'єднання. Такі методи з'єднання включають переважно дифузійне зварювання, таке як вакуумне дифузійне зварювання, перехідне рідкофазне дифузійне зварювання, гаряче ізостатичне пресування-дифузійне зварювання та надпластичне формування-дифузійне зварювання.
Окрім постійної появи передових методів зварювання та нових процесів (вище наведено лише кілька прикладів), рівень механізації та автоматизації різних методів зварювання постійно покращується. Прогрес електронних технологій, сенсорних технологій, комп'ютерних та контрольних технологій значно сприяв розвитку зварювальної дисципліни, змушуючи автоматизацію зварювання рухатися в напрямку інтелектуального керування. Зокрема, широкомасштабне впровадження зварювальних роботів пробило шлях до традиційного жорсткого автоматизованого режиму зварювання, відкрило новий режим гнучкої автоматизації зварювання та забезпечило ширший простір для розвитку зварювальних технологій. Зварювання стало незамінним методом обробки в сучасному виробництві. Більше того, з розвитком науки і техніки та соціально-економічним розвитком, сфери застосування передового зварювання/з'єднання продовжуватимуть розширюватися.
(4) Автоматизоване та інтелектуальне зварювання
Механізація та автоматизація є важливими засобами підвищення продуктивності зварювання, забезпечення якості продукції та покращення умов праці. Автоматизація зварювального виробництва є майбутнім напрямком розвитку зварювальних технологій. Підвищення ефективності та якості зварювального виробництва має певні обмеження лише з точки зору зварювальних процесів. Методи зварювання/з'єднання, такі як електронно-променеве зварювання, лазерне зварювання та зварювання тертям з перемішуванням, мають суворі вимоги до геометрії канавок та якості складання. Після автоматичного зварювання вся зварена конструкція є акуратною, точною та красивою, що змінює відстале явище ручного керування у зварювальних цехах у минулому.
Як один із важливих символів розвитку сучасних виробничих технологій та нової технологічної галузі, роботи мали значний вплив на різні галузі високотехнологічних галузей. Складність виробничих процесів зварювання та суворі вимоги до якості зварювання, у поєднанні з часто низьким рівнем технології зварювання та умовами праці, приділяють особливу увагу процесам зварювання, які можуть автоматизувати та інтелектуалізувати процес зварювання. Наразі від 30% до 40% роботів у світі використовуються у зварювальних технологіях. Зварювальні роботи спочатку застосовувалися переважно на виробничих лініях точкового зварювання в автомобільній промисловості, а в останні роки вони поступово поширилися на інші виробничі галузі.
Перший фокус розвиткуінтелектуальне зварювання– це система машинного зору. Розроблені наразі системи машинного зору дозволяють роботам автоматично змінювати траєкторію руху пальника відповідно до конкретних умов під час зварювання, а деякі можуть своєчасно коригувати параметри процесу відповідно до розміру канавки.
Час публікації: 20 серпня 2025 р.
