01 Sudare hibridă cu arc laser în placă groasă
Sudarea cu tablă groasă (grosime ≥ 20 mm) joacă un rol cheie în fabricarea echipamentelor mari în domenii importante precum aerospațial, navigație și construcții navale, transport feroviar etc. Aceste componente sunt de obicei caracterizate de grosimi mari, forme complexe de îmbinare și medii de service complexe. Calitatea sudării are un impact direct asupra performanței și duratei de viață a echipamentului. Din cauza vitezei mici de sudare și a problemelor serioase de stropire, metoda tradițională de sudare cu gaz protector se confruntă cu provocări precum eficiența scăzută a sudării, consumul ridicat de energie și tensiunea reziduală mare, ceea ce face dificilă îndeplinirea cerințelor de fabricație în continuă creștere. Cu toate acestea, tehnologia de sudare hibridă cu arc laser este diferită de tehnologia tradițională de sudare. Aceasta combină cu succes avantajele...sudură cu laserși sudarea cu arc, având caracteristici precum adâncime mare de penetrare, viteză mare de sudare, eficiență ridicată și o calitate mai bună a sudurii, așa cum se arată în Figura 1. Prin urmare, această tehnologie a atras o atenție largă și a început să fie aplicată în anumite domenii cheie.
Figura 1 Principiul sudării hibride cu arc laser
02Cercetare privind sudarea hibridă cu arc laser a plăcilor groase
Institutul Norvegian de Tehnologie Industrială și Universitatea de Tehnologie Lule din Suedia au studiat uniformitatea structurală a îmbinărilor sudate compozite sub 15 kW pentru oțel microaliat de înaltă rezistență, slab aliat, cu grosimea de 45 mm. Universitatea Osaka și Institutul Central de Cercetare Metalurgică din Egipt au utilizat un laser cu fibră de 20 kW pentru a efectua cercetări privind procesul de sudare hibridă cu arc laser într-o singură trecere a plăcilor groase (25 mm), utilizând o căptușeală inferioară pentru a rezolva problema cocoașei inferioare. Compania Daneză Force Technology a utilizat două lasere cu disc de 16 kW în serie pentru a efectua cercetări privind sudarea hibridă a plăcilor de oțel cu grosimea de 40 mm la 32 kW, indicând faptul că se așteaptă ca sudarea cu arc laser de mare putere să fie utilizată în sudarea bazei turnurilor de energie eoliană offshore, așa cum se arată în Figura 2. Harbin Welding Co., Ltd. este prima companie din țară care stăpânește tehnologia de bază și tehnologia de integrare a echipamentelor pentru sudarea hibridă cu arc laser solid de mare putere cu sursă de căldură cu electrod de topire laser. Este prima dată când aplic cu succes tehnologia și echipamentele de sudare hibridă cu arc cu laser solid de mare putere, cu electrod de topire cu sârmă dublă, la echipamente de producție de ultimă generație din țara mea.
Figura 2. Diagrama amplasării instalației laser
Conform stării actuale a cercetărilor privind sudarea hibridă laser-arc a plăcilor groase, atât în țară, cât și în străinătate, se poate observa că combinarea metodei de sudare hibridă laser-arc cu canelura îngustă poate realiza sudarea plăcilor groase. Atunci când puterea laserului crește la peste 10.000 de wați, sub iradierea cu laser de înaltă energie, comportamentul de vaporizare al materialului, procesul de interacțiune dintre laser și plasmă, starea stabilă a fluxului băii de topit, mecanismul de transfer de căldură și comportamentul metalurgic al sudurii vor apărea modificări în grade diferite. Pe măsură ce puterea crește la peste 10.000 de wați, creșterea densității de putere va intensifica gradul de vaporizare în zona din apropierea găurii mici, iar forța de recul va afecta direct stabilitatea găurii mici și fluxul băii de topit, afectând astfel procesul de sudare. Modificările au un impact deloc neglijabil asupra implementării laserului și a proceselor sale de sudare compozită. Aceste fenomene caracteristice în procesul de sudare reflectă direct sau indirect stabilitatea procesului de sudare într-o oarecare măsură și pot chiar determina calitatea sudurii. Efectul de cuplare dintre cele două surse de căldură, laser și arc, poate face ca cele două surse de căldură să își folosească pe deplin propriile caracteristici și să obțină efecte de sudare mai bune decât sudarea cu laser simplu și sudarea cu arc. Comparativ cu metoda de sudare autogenă cu laser, această metodă de sudare are avantajele unei adaptări puternice la goluri și a unei grosimi mari de sudură. Comparativ cu metoda de sudare cu laser cu umplere a sârmei cu goluri înguste pentru plăci groase, aceasta are avantajele unei eficiențe ridicate de topire a sârmei și a unui efect bun de fuziune a canelurilor. În plus, atracția laserului către arc îmbunătățește stabilitatea arcului, făcând sudarea hibridă laser-arc mai rapidă decât sudarea cu arc tradițională.sudarea cu sârmă de umplere cu laser, cu o eficiență de sudare relativ ridicată.
03 Aplicație de sudare hibridă cu arc laser de mare putere
Tehnologia de sudare hibridă cu arc laser de mare putere este utilizată pe scară largă în industria construcțiilor navale. Șantierul naval Meyer din Germania a înființat o linie de producție de sudare hibridă cu arc laser CO2 de 12 kW pentru sudarea plăcilor plate și a rigidizărilor corpului navei, pentru a realiza formarea unor suduri de colț de 20 m lungime dintr-o singură trecere și a reduce gradul de deformare cu 2/3. GE a dezvoltat un sistem de sudare hibridă cu arc laser cu fibră cu o putere maximă de ieșire de 20 kW pentru a suda portavionul USS Saratoga, economisind 800 de tone de metal sudat și reducând orele de muncă cu 80%, așa cum se arată în Figura 3. CSSC 725 adoptă un sistem de sudare hibridă cu arc laser cu fibră de mare putere de 20 kW, care poate reduce deformarea sudurii cu 60% și poate crește eficiența sudării cu 300%. Șantierul naval Shanghai Waigaoqiao utilizează un sistem de sudare hibridă cu arc laser cu fibră de mare putere de 16 kW. Linia de producție adoptă o nouă tehnologie de proces de sudare hibridă cu laser + sudare MAG pentru a realiza sudarea pe o singură față, cu o singură trecere, și formarea pe ambele fețe a plăcilor de oțel cu grosimea de 4-25 mm. Tehnologia de sudare hibridă cu arc laser de mare putere este utilizată pe scară largă în vehiculele blindate. Caracteristicile sale de sudare sunt: sudarea structurilor metalice complexe de grosime mare, cost redus și eficiență ridicată a producției.
Figura 3. Portavionul USS Sara Toga
Tehnologia de sudare hibridă laser-arc de mare putere a fost inițial aplicată în unele domenii industriale și va deveni un mijloc important pentru fabricarea eficientă a structurilor mari cu grosimi de perete medii și mari. În prezent, există o lipsă de cercetări privind mecanismul sudării hibride laser-arc de mare putere, care trebuie consolidat în continuare, cum ar fi interacțiunea dintre fotoplasmă și arc și interacțiunea dintre arc și baia de material topit. Există încă multe probleme nerezolvate în procesul de sudare hibridă laser-arc de mare putere, cum ar fi o fereastră de proces îngustă, proprietățile mecanice neuniforme ale structurii sudurii și controlul complicat al calității sudării. Pe măsură ce puterea de ieșire a laserelor de calitate industrială crește treptat, tehnologia de sudare hibridă laser-arc de mare putere se va dezvolta rapid și o varietate de noi tehnologii de sudare hibridă laser vor continua să apară. Localizarea, scara largă și inteligența vor fi tendințe importante în dezvoltarea echipamentelor de sudare cu laser de mare putere în viitor.
Data publicării: 24 aprilie 2024
