Τι είναι οι προηγμένες τεχνολογίες συγκόλλησης;

Τι είναι οι προηγμένες τεχνολογίες συγκόλλησης;

(1) Υβριδική συγκόλληση με λέιζερ-τόξο

Η τεχνολογία επεξεργασίας δέσμης υψηλής ενέργειας θεωρείται η πιο πολλά υποσχόμενη τεχνολογία επεξεργασίας στον 21ο αιώνα, πιστεύεται ότι «φέρει επαναστατικές αλλαγές στην τεχνολογία επεξεργασίας υλικών και κατασκευής» και είναι σήμερα ο ταχύτερα αναπτυσσόμενος και πιο ερευνημένος τεχνικός τομέας.

Η ανάπτυξη τουεξοπλισμός συγκόλλησηςΗ έννοια της μεγάλης κλίμακας έχει δύο έννοιες: η μία είναι η αύξηση της ισχύος του εξοπλισμού και η άλλη η διεύρυνση των εξαρτημάτων που συγκολλούνται από τον εξοπλισμό. Λόγω της υψηλής εφάπαξ επένδυσης σε προηγμένο εξοπλισμό συγκόλλησης, ιδίως σε εξοπλισμό συγκόλλησης με λέιζερ και ηλεκτρονιακή δέσμη, η αύξηση της ισχύος, η βελτίωση του βάθους διείσδυσης και η σταθερότητα της διαδικασίας συγκόλλησης μπορούν να μειώσουν σχετικά το κόστος συγκόλλησης, καθιστώντας την αποδεκτή από τη βιομηχανία. Ως εκ τούτου, η τεχνολογία υβριδικής συγκόλλησης με επίκεντρο τα λέιζερ έχει προσελκύσει την προσοχή. Στην πραγματικότητα, η υβριδική συγκόλληση με λέιζερ-τόξο προτάθηκε ήδη από τη δεκαετία του 1970, αλλά σταθερές βιομηχανικές εφαρμογές εμφανίστηκαν μόνο τα τελευταία χρόνια, επωφελούμενες κυρίως από την ανάπτυξη της τεχνολογίας λέιζερ και του εξοπλισμού συγκόλλησης με τόξο, ιδίως τη βελτίωση της ισχύος λέιζερ και της τεχνολογίας ελέγχου τόξου. Το υβριδικό λέιζερ-τόξο περιλαμβάνει κυρίως τον συνδυασμό λέιζερ με τόξο αδρανούς αερίου βολφραμίου (TIG), τόξο πλάσματος και ενεργό τόξο. Μέσω της αλληλεπίδρασης μεταξύ λέιζερ και τόξου, οι αδυναμίες κάθε μεθόδου συγκόλλησης μπορούν να ξεπεραστούν, με αποτέλεσμα ένα καλό υβριδικό αποτέλεσμα.

Η υβριδική συγκόλληση με λέιζερ-τόξο βελτιώνει σημαντικά την απόδοση της συγκόλλησης, κυρίως με βάση δύο επιδράσεις: πρώτον, η υψηλή ενεργειακή πυκνότητα οδηγεί σε υψηλότερη ταχύτητα συγκόλλησης και μειωμένη απώλεια θερμότητας του τεμαχίου εργασίας· δεύτερον, το φαινόμενο υπέρθεσης της αλληλεπίδρασης μεταξύ των δύο πηγών θερμότητας. Κατά τη συγκόλληση χάλυβα, το πλάσμα λέιζερ σταθεροποιεί το τόξο· ταυτόχρονα, το τόξο εισέρχεται στην κλειδαρότρυπα της λιωμένης δεξαμενής, μειώνοντας την απώλεια ενέργειας. Ο συνδυασμός λέιζερ και TIG μπορεί να αυξήσει σημαντικά την ταχύτητα συγκόλλησης, περίπου διπλάσια από αυτήν της συγκόλλησης TIG. Η φθορά του ηλεκτροδίου βολφραμίου μειώνεται επίσης σημαντικά, αυξάνοντας τη διάρκεια ζωής του· η γωνία της αυλάκωσης μπορεί επίσης να μειωθεί σημαντικά και η διατομή της συγκόλλησης είναι παρόμοια με αυτή της συγκόλλησης με λέιζερ. Σε σύγκριση με την υβριδική συγκόλληση με λέιζερ-μονό τόξο, η υβριδική συγκόλληση με λέιζερ-διπλό τόξο μπορεί να μειώσει την εισροή θερμότητας συγκόλλησης κατά 25% και να αυξήσει την ταχύτητα συγκόλλησης κατά περίπου 30%.

Τα κύρια πλεονεκτήματα της υβριδικής συγκόλλησης με λέιζερ-τόξο (ή τόξο πλάσματος) είναι η βελτιωμένη ταχύτητα συγκόλλησης και το βάθος διείσδυσης. Λόγω της θέρμανσης με τόξο, η θερμοκρασία του μετάλλου αυξάνεται, μειώνοντας την ανακλαστικότητα του μετάλλου στο λέιζερ και αυξάνοντας την απορρόφηση της φωτεινής ενέργειας. Αυτή η μέθοδος έχει δοκιμαστεί σε συγκόλληση με λέιζερ CO₂ χαμηλής ισχύος, καθώς και σε συγκόλληση με λέιζερ CO₂ 12kW και λέιζερ YAG 2kW με μετάδοση οπτικών ινών, θέτοντας τα θεμέλια για ρομποτική υβριδική συγκόλληση με λέιζερ-τόξο (ή τόξο πλάσματος). Τα τελευταία χρόνια, η τεχνολογία υβριδικής συγκόλλησης που γεννήθηκε από το υβριδικό λέιζερ-τόξο έχει σημειώσει σημαντική ανάπτυξη και η εφαρμογή της σε σύνθετα εξαρτήματα στην αεροδιαστημική, τον στρατιωτικό και άλλους τομείς έχει λάβει αυξανόμενη προσοχή. Επί του παρόντος, η τεχνολογία υβριδικής συγκόλλησης που συνδυάζει δέσμες υψηλής ενέργειας με διαφορετικά τόξα έχει γίνει ένα από τα πιο δημοφιλή στον τομέα της συγκόλλησης με δέσμες υψηλής ενέργειας.

(2) Συγκόλληση με τριβή και ανάδευση

Η συγκόλληση με τριβή και ανακάτεμα (FSW) είναι μια κατοχυρωμένη με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας τεχνολογία συγκόλλησης που αναπτύχθηκε από το Ινστιτούτο Συγκολλήσεων (TWI) του Ηνωμένου Βασιλείου στις αρχές της δεκαετίας του 1990. Μπορεί να συγκολλήσει μη σιδηρούχα μέταλλα που είναι δύσκολο να συγκολληθούν χρησιμοποιώντας μεθόδους συγκόλλησης με σύντηξη.

Η συγκόλληση με τριβή και ανάδευση έχει πλεονεκτήματα όπως η απλή διαδικασία σύνδεσης, οι λεπτοί κόκκοι στην συγκολλημένη ένωση, η καλή απόδοση κόπωσης, η απόδοση εφελκυσμού και κάμψης, η έλλειψη ανάγκης για σύρματα συγκόλλησης ή προστατευτικά αέρια, η απουσία ηλεκτρικού τόξου και η χαμηλή υπολειμματική τάση και παραμόρφωση μετά τη συγκόλληση. Έχει εφαρμοστεί στην αεροδιαστημική βιομηχανία ανεπτυγμένων χωρών στην Ευρώπη και την Αμερική και έχει χρησιμοποιηθεί με επιτυχία στη συγκόλληση δοχείων πίεσης με λεπτά τοιχώματα από κράμα αλουμινίου που λειτουργούν σε χαμηλές θερμοκρασίες, ολοκληρώνοντας την ευθεία σύνδεση των διαμήκων συγκολλήσεων και την περιφερειακή σύνδεση των κυκλικών συγκολλήσεων. Αυτή η τεχνολογία έχει υιοθετηθεί στον νέο δομικό σχεδιασμό νέων οχημάτων και έχει εφαρμοστεί στην αεροδιαστημική, τις μεταφορές, την αυτοκινητοβιομηχανία και άλλους βιομηχανικούς τομείς.

(3) Συγκόλληση με διάχυση κενού

Η συνεχής εμφάνιση προηγμένων υλικών θέτει νέες προκλήσεις στις τεχνολογίες σύνδεσης. Η σύνδεση πολλών νέων υλικών, όπως κράματα ανθεκτικά στη θερμότητα, κεραμικά υψηλής τεχνολογίας, διαμεταλλικές ενώσεις και σύνθετα υλικά, ειδικά η σύνδεση ανόμοιων υλικών, είναι δύσκολο να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας συμβατικές μεθόδους συγκόλλησης με σύντηξη, με αποτέλεσμα να έχουν αναδυθεί τεχνολογίες συγκόλλησης με διάχυση στερεάς κατάστασης και άλλες. Για παράδειγμα, η τεχνολογία συγκόλλησης με υπερπλαστική διαμόρφωση-διάχυση έχει εφαρμοστεί με επιτυχία σε κυψελωτές κατασκευές αεροσκαφών από κράμα τιτανίου. Τα κεραμικά και τα μέταλλα μπορούν να συνδεθούν με συγκόλληση με διάχυση. Η εφαρμογή της τεχνολογίας συγκόλλησης με διάχυση σε παροδική υγρή φάση έχει λύσει πολλά δύσκολα προβλήματα σύνδεσης σκληρών υλικών που δεν θα μπορούσαν να λυθούν με...συγκόλληση με σύντηξηάλλοτε.

Η σύνδεση στερεάς κατάστασης μπορεί να χωριστεί σε δύο κατηγορίες. Η μία είναι η μέθοδος σύνδεσης με χαμηλή θερμοκρασία, υψηλή πίεση και σύντομο χρόνο, η οποία προάγει τη στενή επαφή της επιφάνειας του τεμαχίου εργασίας και τη ρήξη της μεμβράνης οξειδίου μέσω τοπικής πλαστικής παραμόρφωσης. Η πλαστική παραμόρφωση είναι ο κυρίαρχος παράγοντας στο σχηματισμό της σύνδεσης. Τέτοιες μέθοδοι σύνδεσης περιλαμβάνουνσυγκόλληση τριβής, συγκόλληση με έκρηξη, συγκόλληση με ψυχρή πίεση και συγκόλληση με θερμή πίεση, οι οποίες συνήθως ονομάζονται συγκόλληση με πίεση. Η άλλη είναι η μέθοδος συγκόλλησης με διάχυση με υψηλή θερμοκρασία, χαμηλή πίεση και σχετικά μεγάλο χρονικό διάστημα, που γενικά πραγματοποιείται σε προστατευτική ατμόσφαιρα ή κενό. Αυτή η μέθοδος σύνδεσης παράγει μόνο ελάχιστη πλαστική παραμόρφωση και η διάχυση της διεπαφής είναι ο κυρίαρχος παράγοντας στο σχηματισμό της σύνδεσης. Τέτοιες μέθοδοι σύνδεσης περιλαμβάνουν κυρίως συγκόλληση με διάχυση, όπως συγκόλληση με διάχυση κενού, συγκόλληση με διάχυση παροδικής υγρής φάσης, συγκόλληση με διάχυση με θερμή ισοστατική πίεση και υπερπλαστική συγκόλληση διαμόρφωσης-διάχυσης.

Εκτός από τη συνεχή εμφάνιση προηγμένων μεθόδων συγκόλλησης και νέων διαδικασιών (τα παραπάνω είναι μόνο μερικά παραδείγματα), το επίπεδο μηχανοποίησης και αυτοματοποίησης διαφόρων μεθόδων συγκόλλησης βελτιώνεται συνεχώς. Η πρόοδος της ηλεκτρονικής τεχνολογίας, της τεχνολογίας ανίχνευσης, των υπολογιστών και της τεχνολογίας ελέγχου έχει προωθήσει σημαντικά την ανάπτυξη του κλάδου της συγκόλλησης, καθιστώντας τον αυτοματισμό συγκόλλησης να κινείται προς τον ευφυή έλεγχο. Συγκεκριμένα, η μεγάλης κλίμακας εισαγωγή ρομπότ συγκόλλησης έχει σπάσει τον παραδοσιακό τρόπο άκαμπτου αυτοματισμού συγκόλλησης, άνοιξε έναν νέο τρόπο ευέλικτου αυτοματισμού στη συγκόλληση και παρείχε έναν ευρύτερο χώρο ανάπτυξης για την τεχνολογία συγκόλλησης. Η συγκόλληση έχει γίνει μια απαραίτητη μέθοδος επεξεργασίας στη σύγχρονη κατασκευή. Επιπλέον, με την πρόοδο της επιστήμης και της τεχνολογίας και την κοινωνική και οικονομική ανάπτυξη, τα πεδία εφαρμογής της προηγμένης συγκόλλησης/σύνδεσης θα συνεχίσουν να επεκτείνονται.

(4) Αυτοματοποιημένη και Έξυπνη Συγκόλληση

Η μηχανοποίηση και ο αυτοματισμός αποτελούν σημαντικά μέσα για τη βελτίωση της παραγωγικότητας συγκόλλησης, τη διασφάλιση της ποιότητας των προϊόντων και τη βελτίωση των συνθηκών εργασίας. Ο αυτοματισμός της παραγωγής συγκόλλησης είναι η μελλοντική κατεύθυνση ανάπτυξης της τεχνολογίας συγκόλλησης. Η βελτίωση της αποδοτικότητας και της ποιότητας της παραγωγής συγκόλλησης έχει ορισμένους περιορισμούς μόνο από την άποψη των διαδικασιών συγκόλλησης. Οι μέθοδοι συγκόλλησης/σύνδεσης, όπως η συγκόλληση με δέσμη ηλεκτρονίων, η συγκόλληση με λέιζερ και η συγκόλληση με ανάδευση τριβής, έχουν αυστηρές απαιτήσεις για τη γεωμετρία της αυλάκωσης και την ποιότητα συναρμολόγησης. Μετά την αυτόματη συγκόλληση, ολόκληρη η συγκολλημένη δομή είναι κομψή, ακριβής και όμορφη, αλλάζοντας το οπισθοδρομικό φαινόμενο της χειροκίνητης λειτουργίας στα εργαστήρια συγκόλλησης στο παρελθόν.

Ως ένα από τα σημαντικά σύμβολα της ανάπτυξης της σύγχρονης τεχνολογίας κατασκευής και μιας αναδυόμενης τεχνολογικής βιομηχανίας, τα ρομπότ έχουν επηρεάσει σημαντικά διάφορους τομείς των βιομηχανιών υψηλής τεχνολογίας. Η πολυπλοκότητα των διαδικασιών παραγωγής συγκολλήσεων και οι αυστηρές απαιτήσεις για την ποιότητα συγκόλλησης, σε συνδυασμό με το συχνά χαμηλό επίπεδο τεχνολογίας συγκόλλησης και τις συνθήκες εργασίας, καθιστούν τις διαδικασίες συγκόλλησης που μπορούν να αυτοματοποιήσουν και να καταστήσουν ευφυή τη διαδικασία συγκόλλησης, να τυγχάνουν ιδιαίτερης προσοχής. Επί του παρόντος, το 30% έως 40% των ρομπότ παγκοσμίως χρησιμοποιείται στην τεχνολογία συγκόλλησης. Τα ρομπότ συγκόλλησης αρχικά εφαρμόζονταν κυρίως σε γραμμές παραγωγής σημειακής συγκόλλησης στην αυτοκινητοβιομηχανία και τα τελευταία χρόνια έχουν σταδιακά επεκταθεί σε άλλους τομείς παραγωγής.

Το πρώτο επίκεντρο ανάπτυξης τουέξυπνη συγκόλλησηείναι το σύστημα όρασης. Τα συστήματα όρασης που έχουν αναπτυχθεί σήμερα μπορούν να επιτρέψουν στα ρομπότ να τροποποιούν αυτόματα την τροχιά κίνησης του πυρσού σύμφωνα με συγκεκριμένες συνθήκες κατά τη συγκόλληση, και ορισμένα μπορούν να προσαρμόσουν έγκαιρα τις παραμέτρους της διαδικασίας ανάλογα με το μέγεθος της αυλάκωσης.