Ce sunt tehnologiile avansate de sudare?

Ce sunt tehnologiile avansate de sudare?

(1) Sudare hibridă cu arc laser

Tehnologia de procesare cu fascicul de înaltă energie este considerată cea mai promițătoare tehnologie de procesare a secolului XXI, despre care se crede că „aduce schimbări revoluționare în tehnologia de procesare a materialelor și de fabricație” și este în prezent domeniul tehnic cu cea mai rapidă creștere și cel mai cercetat.

Dezvoltareaechipamente de sudură„Spre scară largă” are două semnificații: una este creșterea puterii echipamentului, iar cealaltă este mărirea numărului de piese sudate de echipament. Datorită investițiilor unice mari în echipamente avansate de sudare, în special în sudarea cu laser și în echipamentele de sudare cu fascicul de electroni, creșterea puterii, îmbunătățirea adâncimii de penetrare și stabilitatea procesului de sudare pot reduce relativ costurile de sudare, făcând-o acceptabilă pentru industrie. Prin urmare, tehnologia de sudare hibridă centrată pe lasere a atras atenția. De fapt, sudarea hibridă laser-arc a fost propusă încă din anii 1970, dar aplicații industriale stabile au apărut abia în ultimii ani, beneficiind în principal de dezvoltarea tehnologiei laser și a echipamentelor de sudare cu arc, în special de îmbunătățirea puterii laserului și a tehnologiei de control al arcului. Hibridul laser-arc implică în principal combinarea laserului cu arcul cu gaz inert tungsten (TIG), arcul cu plasmă și arcul activ. Prin interacțiunea dintre laser și arc, se pot depăși deficiențele fiecărei metode de sudare, rezultând un efect hibrid bun.

Sudarea hibridă cu arc laser îmbunătățește semnificativ eficiența sudării, în principal datorită a două efecte: în primul rând, densitatea mare de energie duce la o viteză de sudare mai mare și la o pierdere redusă de căldură a piesei de prelucrat; în al doilea rând, efectul de suprapunere al interacțiunii dintre cele două surse de căldură. La sudarea oțelului, plasma laser stabilizează arcul; în același timp, arcul intră în gaura cheii din baia de topit, reducând pierderile de energie. Combinația dintre laser și TIG poate crește semnificativ viteza de sudare, de aproximativ două ori mai mare decât cea a sudării TIG. Uzura electrodului de tungsten este, de asemenea, redusă considerabil, crescând durata de viață a acestuia; unghiul canelurii poate fi, de asemenea, redus semnificativ, iar aria secțiunii transversale a sudurii este similară cu cea a sudării cu laser. Comparativ cu sudarea hibridă cu arc simplu laser, sudarea hibridă cu arc dublu laser poate reduce aportul de căldură pentru sudură cu 25% și poate crește viteza de sudare cu aproximativ 30%.

Principalele avantaje ale sudării hibride cu arc laser (sau arc cu plasmă) sunt viteza îmbunătățită de sudare și adâncimea de penetrare. Datorită încălzirii arcului, temperatura metalului crește, reducând reflectivitatea metalului la laser și crescând absorbția energiei luminoase. Această metodă a fost testată pe sudarea cu laser CO₂ de putere redusă, precum și pe sudarea cu laser CO₂ de 12 kW și lasere YAG de 2 kW cu transmisie cu fibră optică, punând bazele sudării hibride robotizate cu arc laser (sau arc cu plasmă). În ultimii ani, tehnologia de sudare hibridă născută din hibridul laser-arc a cunoscut o dezvoltare semnificativă, iar aplicarea sa în componente complexe din sectoarele aerospațial, militar și alte sectoare a primit o atenție tot mai mare. În prezent, tehnologia de sudare hibridă care combină fascicule de înaltă energie cu diferite arcuri a devenit unul dintre punctele de interes în domeniul sudării cu fascicule de înaltă energie.

(2) Sudare prin frecare-agitare

Sudarea prin frecare-agitare (FSW) este o tehnologie de sudare patentată, dezvoltată de Institutul de Sudură (TWI) din Regatul Unit la începutul anilor 1990. Aceasta poate suda metale neferoase care sunt dificil de sudat folosind metode de sudare prin fuziune.

Sudarea prin frecare-amestecare are avantaje precum un proces simplu de îmbinare, granulație fină în îmbinarea sudată, performanțe bune la oboseală, performanță la tracțiune și încovoiere, lipsa utilizării sârmelor de sudură sau a gazelor de protecție, absența arcului electric și tensiune reziduală și deformare reduse după sudare. A fost aplicată în industria aerospațială din țările dezvoltate din Europa și America și a fost utilizată cu succes la sudarea recipientelor sub presiune cu pereți subțiri din aliaj de aluminiu care funcționează la temperaturi scăzute, completând îmbinările cap la cap drepte ale sudurilor longitudinale și îmbinările cap la cap circumferențiale ale sudurilor circulare. Această tehnologie a fost adoptată în noile designuri structurale ale vehiculelor noi și aplicată în industria aerospațială, transporturi, producția de automobile și alte sectoare industriale.

(3) Sudare prin difuzie în vid

Apariția continuă a materialelor avansate prezintă noi provocări pentru tehnologiile de îmbinare. Îmbinarea multor materiale noi, cum ar fi aliajele rezistente la căldură, ceramica de înaltă tehnologie, compușii intermetalici și materialele compozite, în special îmbinarea materialelor diferite, este dificil de realizat folosind metodele convenționale de sudare prin fuziune, astfel încât au apărut tehnologii de lipire prin difuzie în stare solidă și alte tehnologii. De exemplu, tehnologia de sudare prin difuzie prin formare superplastică a fost aplicată cu succes în structurile tip fagure de miere din aliaje de titan ale aeronavelor. Ceramica și metalele pot fi îmbinate prin sudare prin difuzie; aplicarea tehnologiei de sudare prin difuzie în fază lichidă tranzitorie a rezolvat multe probleme dificile de îmbinare a materialelor dure care nu puteau fi rezolvate prin...sudură prin fuziuneîn trecut.

Îmbinarea în stare solidă poate fi împărțită în două categorii. Una este metoda de îmbinare cu temperatură scăzută, presiune ridicată și timp scurt, care promovează contactul strâns al suprafeței piesei de prelucrat și ruperea peliculei de oxid prin deformare plastică locală. Deformarea plastică este factorul dominant în formarea îmbinării. Astfel de metode de îmbinare includsudarea prin frecare, sudarea prin explozie, sudarea prin presiune la rece și sudarea prin presiune la cald, care sunt denumite de obicei sudare prin presiune. Cealaltă este metoda de lipire prin difuzie la temperatură ridicată, presiune scăzută și timp relativ lung, efectuată în general într-o atmosferă protectoare sau în vid. Această metodă de îmbinare produce doar o deformare plastică minimă, iar difuzia la interfață este factorul dominant în formarea îmbinării. Astfel de metode de îmbinare includ în principal sudarea prin difuzie, cum ar fi sudarea prin difuzie în vid, sudarea prin difuzie în fază lichidă tranzitorie, sudarea prin difuzie prin presare izostatică la cald și sudarea prin formare superplastică-difuzie.

Pe lângă apariția continuă a metodelor avansate de sudare și a noilor procese (cele de mai sus sunt doar câteva exemple), nivelul de mecanizare și automatizare a diferitelor metode de sudare este în continuă îmbunătățire. Progresul tehnologiei electronice, al tehnologiei de detectare, al tehnologiei computerizate și al tehnologiei de control a promovat considerabil dezvoltarea disciplinei sudării, făcând ca automatizarea sudării să se îndrepte spre un control inteligent. În special, introducerea pe scară largă a roboților de sudură a depășit modul tradițional de automatizare rigidă a sudării, a deschis un nou mod de automatizare flexibilă în sudare și a oferit un spațiu de dezvoltare mai larg pentru tehnologia de sudare. Sudarea a devenit o metodă de procesare indispensabilă în producția modernă. Mai mult, odată cu progresul științei și tehnologiei și dezvoltarea socială și economică, domeniile de aplicare ale sudării/îmbinării avansate vor continua să se extindă.

(4) Sudare automatizată și inteligentă

Mecanizarea și automatizarea sunt mijloace importante pentru îmbunătățirea productivității sudării, asigurarea calității produselor și îmbunătățirea condițiilor de muncă. Automatizarea producției de sudare este direcția viitoare de dezvoltare a tehnologiei de sudare. Îmbunătățirea eficienței și calității producției de sudare are anumite limitări doar din perspectiva proceselor de sudare. Metodele de sudare/îmbinare, cum ar fi sudarea cu fascicul de electroni, sudarea cu laser și sudarea prin frecare-agitare, au cerințe stricte privind geometria canelurii și calitatea asamblării. După sudarea automată, întreaga structură sudată este îngrijită, precisă și frumoasă, schimbând fenomenul invers al operării manuale în atelierele de sudură din trecut.

Fiind unul dintre simbolurile importante ale dezvoltării tehnologiei moderne de fabricație și a unei industrii tehnologice emergente, roboții au avut un impact important asupra diverselor domenii ale industriilor de înaltă tehnologie. Complexitatea proceselor de fabricație prin sudură și cerințele stricte privind calitatea sudării, coroborate cu nivelul adesea slab al tehnologiei de sudare și condițiile de lucru, fac ca procesele de sudare care pot automatiza și inteligentiza procesul de sudare să primească o atenție specială. În prezent, 30% până la 40% dintre roboții din întreaga lume sunt utilizați în tehnologia sudării. Roboții de sudură au fost inițial aplicați în principal în liniile de producție de sudură prin puncte din industria auto, iar în ultimii ani, aceștia s-au extins treptat și în alte domenii de producție.

Primul obiectiv de dezvoltare alsudură inteligentăeste sistemul de vedere. Sistemele de vedere dezvoltate în prezent pot permite roboților să modifice automat traiectoria mișcării torței în funcție de condițiile specifice din timpul sudării, iar unele pot ajusta în timp util parametrii procesului în funcție de dimensiunea canelurii.