01 Hibridno zavarivanje debelim pločama laserom
Zavarivanje debelih ploča (debljine ≥ 20 mm) igra ključnu ulogu u proizvodnji velike opreme u važnim područjima kao što su zrakoplovstvo, navigacija i brodogradnja, željeznički prijevoz itd. Ove komponente obično karakterizira velika debljina, složeni oblici spojeva i složena radna okruženja. Kvaliteta zavarivanja izravno utječe na performanse i vijek trajanja opreme. Zbog spore brzine zavarivanja i ozbiljnih problema s prskanjem, tradicionalna metoda zavarivanja u zaštiti plina suočava se s izazovima kao što su niska učinkovitost zavarivanja, visoka potrošnja energije i veliko zaostalo naprezanje, što otežava zadovoljavanje sve većih proizvodnih zahtjeva. Međutim, hibridna tehnologija laserskog luka razlikuje se od tradicionalne tehnologije zavarivanja. Uspješno kombinira prednostilasersko zavarivanjei elektrolučno zavarivanje, te ima karakteristike velike dubine prodiranja, velike brzine zavarivanja, visoke učinkovitosti i bolje kvalitete zavara, kao što je prikazano na slici 1. Stoga je ova tehnologija privukla široku pozornost i počela se primjenjivati u nekim ključnim područjima.
Slika 1 Princip hibridnog laserskog zavarivanja
02Istraživanje hibridnog lasersko-lučnog zavarivanja debelih ploča
Norveški institut za industrijsku tehnologiju i Tehnološko sveučilište Lule u Švedskoj proučavali su strukturnu ujednačenost kompozitnih zavarenih spojeva pod snagom od 15 kW za mikrolegirani visokočvrsti niskolegirani čelik debljine 45 mm. Sveučilište u Osaki i egipatski Središnji metalurški istraživački institut koristili su vlaknasti laser od 20 kW za istraživanje hibridnog procesa zavarivanja debelih ploča (25 mm) s jednim prolazom, koristeći donju oblogu za rješavanje problema donje grbe. Danska tvrtka Force Technology koristila je dva disk lasera od 16 kW u seriji za istraživanje hibridnog zavarivanja čeličnih ploča debljine 40 mm pri snazi od 32 kW, što ukazuje na to da se očekuje korištenje laserskog lučnog zavarivanja velike snage u zavarivanju baza tornjeva vjetroelektrana na moru, kao što je prikazano na slici 2. Harbin Welding Co., Ltd. je prva u zemlji koja je savladala osnovnu tehnologiju i tehnologiju integracije opreme za hibridno zavarivanje s topljenjem elektrode velike snage i čvrstim laserom. Ovo je prvi put da se u mojoj zemlji uspješno primjenjuje hibridna tehnologija i oprema za zavarivanje s topljenjem elektrode velike snage i čvrstim laserom i dvostrukom žicom na vrhunsku opremu. proizvodnja.
Slika 2. Dijagram rasporeda instalacije lasera
Prema trenutnom stanju istraživanja lasersko-lučnog hibridnog zavarivanja debelih ploča u zemlji i inozemstvu, može se vidjeti da kombinacija lasersko-lučne hibridne metode zavarivanja i uskog žlijeba može postići zavarivanje debelih ploča. Kada se snaga lasera poveća na više od 10.000 W, pod zračenjem visokoenergetskog lasera, ponašanje isparavanja materijala, proces interakcije između lasera i plazme, stabilno stanje toka rastaljene kupke, mehanizam prijenosa topline i metalurško ponašanje zavara mijenjaju se u različitim stupnjevima. Kako se snaga povećava na više od 10.000 W, povećanje gustoće snage će intenzivirati stupanj isparavanja u području blizu male rupe, a sila trzaja će izravno utjecati na stabilnost male rupe i tok rastaljene kupke, čime će utjecati na proces zavarivanja. Promjene imaju nezanemariv utjecaj na provedbu laserskog i njegovih kompozitnih procesa zavarivanja. Ove karakteristične pojave u procesu zavarivanja izravno ili neizravno odražavaju stabilnost procesa zavarivanja do određene mjere, pa čak mogu odrediti i kvalitetu zavara. Učinak spajanja dvaju izvora topline, lasera i luka, može omogućiti da dva izvora topline u potpunosti ostvare svoje karakteristike i postignu bolje učinke zavarivanja nego kod zavarivanja jednim laserom i elektrolučnog zavarivanja. U usporedbi s metodom autogenog laserskog zavarivanja, ova metoda zavarivanja ima prednosti velike prilagodljivosti zazora i velike debljine zavarivanja. U usporedbi s metodom zavarivanja debelih ploča laserskom žicom s uskim zazorom, ima prednosti visoke učinkovitosti taljenja žice i dobrog učinka spajanja utora. Osim toga, privlačenje lasera luku povećava stabilnost luka, čineći hibridno lasersko-lučno zavarivanje bržim od tradicionalnog elektrolučnog zavarivanja.lasersko zavarivanje žicom za punjenje, s relativno visokom učinkovitošću zavarivanja.
03 Primjena hibridnog zavarivanja laserom visoke snage
Tehnologija hibridnog laserskog zavarivanja velike snage široko se koristi u brodogradnji. Brodogradilište Meyer u Njemačkoj uspostavilo je proizvodnu liniju za hibridno zavarivanje CO2 laserom od 12 kW za zavarivanje ravnih ploča trupa i ukrućenja kako bi se postiglo formiranje kutnih zavara duljine 20 m u jednom potezu i smanjio stupanj deformacije za 2/3. GE je razvio hibridni sustav zavarivanja vlaknima s laserom i lukom s maksimalnom izlaznom snagom od 20 kW za zavarivanje nosača zrakoplova USS Saratoga, čime je ušteđeno 800 tona zavara i smanjen broj radnih sati za 80%, kao što je prikazano na slici 3. CSSC 725 usvaja hibridni sustav zavarivanja vlaknima s laserom velike snage od 20 kW, koji može smanjiti deformaciju zavarivanja za 60% i povećati učinkovitost zavarivanja za 300%. Brodogradilište Shanghai Waigaoqiao koristi hibridni sustav zavarivanja vlaknima s laserom velike snage od 16 kW. Proizvodna linija usvaja novu procesnu tehnologiju laserskog hibridnog zavarivanja + MAG zavarivanja kako bi se postiglo jednostrano jednoprolazno zavarivanje i dvostrano oblikovanje čeličnih ploča debljine 4-25 mm. Tehnologija hibridnog laserskog zavarivanja velike snage široko se koristi u oklopnim vozilima. Njene karakteristike zavarivanja su: zavarivanje složenih metalnih konstrukcija velike debljine, niski troškovi i visokoučinkovita proizvodnja.
Slika 3. Nosač zrakoplova USS Sara Toga
Tehnologija hibridnog laserskog zavarivanja velike snage u početku se primjenjivala u nekim industrijskim područjima i postat će važno sredstvo za učinkovitu proizvodnju velikih konstrukcija sa srednjim i velikim debljinama stijenki. Trenutno nedostaje istraživanja o mehanizmu hibridnog laserskog zavarivanja velike snage, koji je potrebno dodatno ojačati, poput interakcije između fotoplazme i luka te interakcije između luka i rastaljene kupke. Još uvijek postoje mnogi neriješeni problemi u procesu hibridnog laserskog zavarivanja velike snage, poput uskog procesnog prozora, neujednačenih mehaničkih svojstava zavarene strukture i komplicirane kontrole kvalitete zavarivanja. Kako se izlazna snaga industrijskih lasera postupno povećava, tehnologija hibridnog laserskog zavarivanja velike snage brzo će se razvijati i nastavit će se pojavljivati razne nove tehnologije hibridnog laserskog zavarivanja. Lokalizacija, velika razmjera i inteligentnizacija bit će važni trendovi u razvoju opreme za lasersko zavarivanje velike snage u budućnosti.
Vrijeme objave: 24. travnja 2024.
