01 Υβριδική συγκόλληση με λέιζερ και τόξο με παχιά πλάκα
Η συγκόλληση με παχιά πλάκα (πάχος ≥ 20 mm) παίζει βασικό ρόλο στην κατασκευή μεγάλου εξοπλισμού σε σημαντικούς τομείς όπως η αεροδιαστημική, η ναυτιλία και η ναυπηγική, οι σιδηροδρομικές μεταφορές κ.λπ. Αυτά τα εξαρτήματα συνήθως χαρακτηρίζονται από μεγάλο πάχος, σύνθετες μορφές συνδέσεων και σύνθετα περιβάλλοντα λειτουργίας. Η ποιότητα συγκόλλησης έχει άμεσο αντίκτυπο στην απόδοση και τη διάρκεια ζωής του εξοπλισμού. Λόγω της αργής ταχύτητας συγκόλλησης και των σοβαρών προβλημάτων πιτσιλίσματος, η παραδοσιακή μέθοδος συγκόλλησης με θωράκιση αερίου αντιμετωπίζει προκλήσεις όπως η χαμηλή απόδοση συγκόλλησης, η υψηλή κατανάλωση ενέργειας και η μεγάλη υπολειμματική τάση, γεγονός που καθιστά δύσκολη την κάλυψη των συνεχώς αυξανόμενων απαιτήσεων κατασκευής. Ωστόσο, η τεχνολογία υβριδικής συγκόλλησης με λέιζερ-τόξο διαφέρει από την παραδοσιακή τεχνολογία συγκόλλησης. Συνδυάζει με επιτυχία τα πλεονεκτήματα της...συγκόλληση με λέιζερκαι συγκόλληση με τόξο, και έχει τα χαρακτηριστικά μεγάλου βάθους διείσδυσης, γρήγορης ταχύτητας συγκόλλησης, υψηλής απόδοσης και καλύτερης ποιότητας συγκόλλησης, όπως φαίνεται στο Σχήμα 1. Επομένως, αυτή η τεχνολογία έχει προσελκύσει ευρεία προσοχή και έχει αρχίσει να εφαρμόζεται σε ορισμένους βασικούς τομείς.
Σχήμα 1 Αρχή της υβριδικής συγκόλλησης με λέιζερ-τόξο
02Έρευνα σχετικά με την υβριδική συγκόλληση με λέιζερ-τόξο παχιών πλακών
Το Νορβηγικό Ινστιτούτο Βιομηχανικής Τεχνολογίας και το Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας Lule στη Σουηδία μελέτησαν τη δομική ομοιομορφία των σύνθετων συγκολλημένων αρμών υπό πίεση 15kW για μικροκράμα χάλυβα υψηλής αντοχής χαμηλού κράματος πάχους 45 mm. Το Πανεπιστήμιο της Οσάκα και το Κεντρικό Ινστιτούτο Μεταλλουργικής Έρευνας της Αιγύπτου χρησιμοποίησαν ένα λέιζερ ινών 20kW για να διεξάγουν έρευνα σχετικά με τη διαδικασία υβριδικής συγκόλλησης με λέιζερ-τόξο μονού περάσματος παχιών πλακών (25 mm), χρησιμοποιώντας μια επένδυση πυθμένα για την επίλυση του προβλήματος της κάτω καμπούρας. Η Δανική Εταιρεία Τεχνολογίας Force χρησιμοποίησε δύο λέιζερ δίσκου 16 kW σε σειρά για να διεξάγει έρευνα σχετικά με την υβριδική συγκόλληση χαλύβδινων πλακών πάχους 40 mm στα 32 kW, υποδεικνύοντας ότι η συγκόλληση με λέιζερ-τόξο υψηλής ισχύος αναμένεται να χρησιμοποιηθεί σε συγκολλήσεις βάσεων πύργων αιολικής ενέργειας στην ανοιχτή θάλασσα, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2. Η Harbin Welding Co., Ltd. είναι η πρώτη στη χώρα που κατακτά την βασική τεχνολογία και την τεχνολογία ενσωμάτωσης εξοπλισμού της υβριδικής συγκόλλησης με πηγή θερμότητας με τόξο στερεού λέιζερ-τήξης υψηλής ισχύος. Είναι η πρώτη φορά που εφαρμόζεται με επιτυχία η τεχνολογία και ο εξοπλισμός συγκόλλησης υβριδικού τόξου με λέιζερ στερεών στερεών διπλού σύρματος και ηλεκτροδίων τήξης υψηλής ισχύος σε εξοπλισμό υψηλής τεχνολογίας στη χώρα μου.
Σχήμα 2. Διάγραμμα διάταξης εγκατάστασης λέιζερ
Σύμφωνα με την τρέχουσα ερευνητική κατάσταση της υβριδικής συγκόλλησης με λέιζερ-τόξο παχιών πλακών στο εσωτερικό και στο εξωτερικό, μπορεί να φανεί ότι ο συνδυασμός της μεθόδου υβριδικής συγκόλλησης με λέιζερ-τόξο και της αυλάκωσης στενού διακένου μπορεί να επιτύχει τη συγκόλληση παχιών πλακών. Όταν η ισχύς του λέιζερ αυξηθεί σε περισσότερα από 10.000 watt, υπό την ακτινοβολία λέιζερ υψηλής ενέργειας, η συμπεριφορά εξάτμισης του υλικού, η διαδικασία αλληλεπίδρασης μεταξύ λέιζερ και πλάσματος, η σταθερή κατάσταση της ροής της λιωμένης δεξαμενής, ο μηχανισμός μεταφοράς θερμότητας και η μεταλλουργική συμπεριφορά της συγκόλλησης. Αλλαγές θα συμβούν σε ποικίλους βαθμούς. Καθώς η ισχύς αυξάνεται σε περισσότερα από 10.000 watt, η αύξηση της πυκνότητας ισχύος θα εντείνει τον βαθμό εξάτμισης στην περιοχή κοντά στη μικρή οπή και η δύναμη ανάκρουσης θα επηρεάσει άμεσα τη σταθερότητα της μικρής οπής και τη ροή της λιωμένης δεξαμενής, επηρεάζοντας έτσι τη διαδικασία συγκόλλησης. Οι αλλαγές έχουν μη αμελητέα επίδραση στην εφαρμογή του λέιζερ και των σύνθετων διαδικασιών συγκόλλησης. Αυτά τα χαρακτηριστικά φαινόμενα στη διαδικασία συγκόλλησης αντανακλούν άμεσα ή έμμεσα τη σταθερότητα της διαδικασίας συγκόλλησης σε κάποιο βαθμό και μπορούν ακόμη και να καθορίσουν την ποιότητα της συγκόλλησης. Το φαινόμενο σύζευξης των δύο πηγών θερμότητας, λέιζερ και τόξου, μπορεί να κάνει τις δύο πηγές θερμότητας να αξιοποιήσουν πλήρως τα δικά τους χαρακτηριστικά και να επιτύχουν καλύτερα αποτελέσματα συγκόλλησης από τη συγκόλληση με ένα μόνο λέιζερ και τη συγκόλληση με τόξο. Σε σύγκριση με τη μέθοδο αυτογενούς συγκόλλησης με λέιζερ, αυτή η μέθοδος συγκόλλησης έχει τα πλεονεκτήματα της ισχυρής προσαρμοστικότητας κενού και του μεγάλου πάχους συγκόλλησης. Σε σύγκριση με τη μέθοδο συγκόλλησης με στενό διάκενο λέιζερ για παχιές πλάκες, έχει τα πλεονεκτήματα της υψηλής απόδοσης τήξης σύρματος και του καλού αποτελέσματος σύντηξης αυλακώσεων. Επιπλέον, η έλξη του λέιζερ στο τόξο ενισχύει τη σταθερότητα του τόξου, καθιστώντας την υβριδική συγκόλληση λέιζερ-τόξου ταχύτερη από την παραδοσιακή συγκόλληση τόξου καισυγκόλληση καλωδίων πλήρωσης με λέιζερ, με σχετικά υψηλή απόδοση συγκόλλησης.
03 Εφαρμογή υβριδικής συγκόλλησης με λέιζερ υψηλής ισχύος
Η τεχνολογία υβριδικής συγκόλλησης με λέιζερ-τόξο υψηλής ισχύος χρησιμοποιείται ευρέως στη ναυπηγική βιομηχανία. Η Meyer Shipyard στη Γερμανία έχει δημιουργήσει μια γραμμή παραγωγής υβριδικής συγκόλλησης με λέιζερ-τόξο CO2 ισχύος 12kW για τη συγκόλληση επίπεδων πλακών κύτους και ενισχυτικών στοιχείων, ώστε να επιτευχθεί ο σχηματισμός συγκολλήσεων μήκους 20 μέτρων με μία κίνηση και να μειωθεί ο βαθμός παραμόρφωσης κατά 2/3. Η GE ανέπτυξε ένα υβριδικό σύστημα συγκόλλησης με λέιζερ-τόξο ινών με μέγιστη ισχύ εξόδου 20kW για τη συγκόλληση του αεροπλανοφόρου USS Saratoga, εξοικονομώντας 800 τόνους μετάλλου συγκόλλησης και μειώνοντας τις εργατοώρες κατά 80%, όπως φαίνεται στο Σχήμα 3. Το CSSC 725 υιοθετεί ένα υβριδικό σύστημα συγκόλλησης με λέιζερ-τόξο υψηλής ισχύος 20kW με λέιζερ ινών, το οποίο μπορεί να μειώσει την παραμόρφωση συγκόλλησης κατά 60% και να αυξήσει την απόδοση συγκόλλησης κατά 300%. Η Shanghai Waigaoqiao Shipyard χρησιμοποιεί ένα υβριδικό σύστημα συγκόλλησης με λέιζερ-τόξο υψηλής ισχύος 16kW με λέιζερ ινών. Η γραμμή παραγωγής υιοθετεί μια νέα τεχνολογία διεργασίας υβριδικής συγκόλλησης με λέιζερ + συγκόλληση MAG για την επίτευξη μονής όψης μονής διέλευσης και διπλής όψης διαμόρφωσης χαλύβδινων πλακών πάχους 4-25 mm. Η τεχνολογία υβριδικής συγκόλλησης με λέιζερ υψηλής ισχύος χρησιμοποιείται ευρέως σε θωρακισμένα οχήματα. Τα χαρακτηριστικά συγκόλλησης είναι: συγκόλληση σύνθετων μεταλλικών κατασκευών μεγάλου πάχους, χαμηλό κόστος και κατασκευή υψηλής απόδοσης.
Σχήμα 3. Αεροπλανοφόρο USS Sara Toga
Η τεχνολογία υβριδικής συγκόλλησης λέιζερ-τόξου υψηλής ισχύος έχει αρχικά εφαρμοστεί σε ορισμένους βιομηχανικούς τομείς και θα αποτελέσει ένα σημαντικό μέσο για την αποτελεσματική κατασκευή μεγάλων κατασκευών με μεσαία και μεγάλα πάχη τοιχωμάτων. Προς το παρόν, υπάρχει έλλειψη έρευνας σχετικά με τον μηχανισμό της υβριδικής συγκόλλησης λέιζερ-τόξου υψηλής ισχύος, ο οποίος πρέπει να ενισχυθεί περαιτέρω, όπως η αλληλεπίδραση μεταξύ φωτοπλάσματος και τόξου και η αλληλεπίδραση μεταξύ τόξου και λιωμένης δεξαμενής. Υπάρχουν ακόμη πολλά άλυτα προβλήματα στη διαδικασία υβριδικής συγκόλλησης λέιζερ-τόξου υψηλής ισχύος, όπως ένα στενό παράθυρο διεργασίας, ανομοιόμορφες μηχανικές ιδιότητες της δομής συγκόλλησης και περίπλοκος έλεγχος ποιότητας συγκόλλησης. Καθώς η ισχύς εξόδου των λέιζερ βιομηχανικής ποιότητας αυξάνεται σταδιακά, η τεχνολογία υβριδικής συγκόλλησης λέιζερ-τόξου υψηλής ισχύος θα αναπτυχθεί ραγδαία και μια ποικιλία νέων τεχνολογιών υβριδικής συγκόλλησης λέιζερ θα συνεχίσει να αναδύεται. Ο εντοπισμός, η μεγάλης κλίμακας και η ευφυής προσαρμογή θα είναι σημαντικές τάσεις στην ανάπτυξη εξοπλισμού συγκόλλησης λέιζερ υψηλής ισχύος στο μέλλον.
Ώρα δημοσίευσης: 24 Απριλίου 2024
