Didelės galios lazerinio lanko hibridinio suvirinimo technologijos taikymas įvairiose pagrindinėse srityse

01 Storo lakšto lazerinis hibridinis suvirinimas

Storųjų plokščių (storis ≥ 20 mm) suvirinimas atlieka pagrindinį vaidmenį gaminant didelę įrangą tokiose svarbiose srityse kaip aviacija, navigacija ir laivų statyba, geležinkelių transportas ir kt. Šiems komponentams paprastai būdingas didelis storis, sudėtingos jungčių formos ir sudėtinga eksploatavimo aplinka. Suvirinimo kokybė tiesiogiai veikia įrangos veikimą ir tarnavimo laiką. Dėl mažo suvirinimo greičio ir rimtų taškymosi problemų tradicinis dujų apsauginio suvirinimo metodas susiduria su tokiais iššūkiais kaip mažas suvirinimo efektyvumas, didelės energijos sąnaudos ir didelis liekamasis įtempis, todėl sunku patenkinti nuolat didėjančius gamybos reikalavimus. Tačiau lazerinio lanko hibridinio suvirinimo technologija skiriasi nuo tradicinės suvirinimo technologijos. Ji sėkmingai sujungia ...lazerinis suvirinimasir lankinio suvirinimo, pasižymi dideliu įsiskverbimo gyliu, dideliu suvirinimo greičiu, dideliu efektyvumu ir geresne suvirinimo kokybe, kaip parodyta 1 paveiksle. Todėl ši technologija sulaukė plataus dėmesio ir pradėta taikyti kai kuriose pagrindinėse srityse.

1 pav. Lazerinio lanko hibridinio suvirinimo principas

02Storų plokščių lazerinio lanko hibridinio suvirinimo tyrimai

Norvegijos pramonės technologijų institutas ir Lulės technologijos universitetas Švedijoje tyrė 45 mm storio mikrolegiruoto, didelio stiprumo, mažai legiruoto plieno, suvirintų kompozitinių jungčių, kurių galia yra 15 kW, struktūrinį vienodumą. Osakos universitetas ir Egipto Centrinis metalurgijos tyrimų institutas 20 kW pluošto lazeriu atliko storų plokščių (25 mm) vieno praėjimo lazerinio lanko hibridinio suvirinimo proceso tyrimus, naudodami apatinį įdėklą apatinio iškilimo problemai išspręsti. Danijos „Force Technology“ bendrovė du 16 kW diskinius lazerius nuosekliai pajungė 40 mm storio plieninių plokščių hibridinio suvirinimo, kurio galia yra 32 kW, tyrimus, o tai rodo, kad didelio galingumo lazerinis lankinis suvirinimas bus naudojamas jūrinių vėjo jėgainių bokštų pagrindų suvirinimui, kaip parodyta 2 paveiksle. „Harbin Welding Co., Ltd.“ yra pirmoji šalyje, įvaldžiusi pagrindinę didelio galingumo kietojo lazerio lydymo elektrodų lanko hibridinio šilumos šaltinio suvirinimo technologiją ir įrangos integravimo technologiją. Tai pirmas kartas mano šalyje, kai sėkmingai pritaikyta didelio galingumo kietojo lazerio dviejų vielų lydymo elektrodų lanko hibridinio suvirinimo technologija ir įranga aukščiausios klasės įrangoje. gamyba.

2 pav. Lazerio įrengimo išdėstymo schema

Remiantis dabartiniais storų plokščių lazerinio lankinio hibridinio suvirinimo tyrimais šalyje ir užsienyje, galima pastebėti, kad lazerinio lankinio hibridinio suvirinimo metodo ir siauro tarpo griovelių derinimas gali padėti suvirinti storas plokštes. Kai lazerio galia padidėja iki daugiau nei 10 000 vatų, veikiant didelės energijos lazeriu, medžiagos garavimo elgsena, lazerio ir plazmos sąveikos procesas, išlydyto metalo tekėjimo stabili būsena, šilumos perdavimo mechanizmas ir suvirinimo siūlės metalurginės savybės keičiasi įvairiu mastu. Kai galia padidėja iki daugiau nei 10 000 vatų, padidėjęs galios tankis sustiprina garavimo laipsnį mažos skylės srityje, o atatrankos jėga tiesiogiai veikia mažos skylės stabilumą ir išlydyto metalo tekėjimą, taip paveikdama suvirinimo procesą. Šie pokyčiai daro nemažą įtaką lazerinio ir jo sudėtinių dalių suvirinimo procesų įgyvendinimui. Šie būdingi suvirinimo proceso reiškiniai tiesiogiai arba netiesiogiai tam tikru mastu atspindi suvirinimo proceso stabilumą ir netgi gali nulemti suvirinimo kokybę. Dviejų šilumos šaltinių – lazerio ir lanko – sujungimo efektas leidžia abiem šilumos šaltiniams visapusiškai išnaudoti savo charakteristikas ir gauti geresnius suvirinimo rezultatus nei suvirinant vienu lazeriu ir lankiniu suvirinimu. Palyginti su lazeriniu autogeniniu suvirinimo metodu, šis suvirinimo metodas pasižymi dideliu tarpo prisitaikymu ir dideliu suvirinamu storiu. Palyginti su siauro tarpo lazerinio vielos užpildymo suvirinimo metodu, skirtu storoms plokštėms, jis pasižymi dideliu vielos lydymo efektyvumu ir geru griovelių sulydymo efektu. Be to, lazerio trauka prie lanko padidina lanko stabilumą, todėl lazerinis-lankinis hibridinis suvirinimas yra greitesnis nei tradicinis lankinis suvirinimas.lazerinis užpildo vielos suvirinimas, su santykinai dideliu suvirinimo efektyvumu.

03 Didelės galios lazerinio lanko hibridinio suvirinimo taikymas

Didelės galios lazerinio lanko hibridinio suvirinimo technologija plačiai naudojama laivų statybos pramonėje. „Meyer Shipyard“ Vokietijoje įrengė 12 kW CO2 lazerinio lanko hibridinio suvirinimo liniją, skirtą korpuso plokščių ir standinimo elementų suvirinimui, kad vienu ypu būtų suformuotos 20 m ilgio suvirinimo siūlės ir 2/3 sumažėtų deformacijos laipsnis. „GE“ sukūrė pluošto lazerinio lanko hibridinio suvirinimo sistemą, kurios maksimali išėjimo galia yra 20 kW, skirtą USS „Saratoga“ lėktuvnešio suvirinimui, taip sutaupant 800 tonų suvirinimo metalo ir 80 % sumažinant darbo valandas, kaip parodyta 3 paveiksle. CSSC 725 naudoja 20 kW pluošto lazerio didelės galios lazerinio lanko hibridinio suvirinimo sistemą, kuri gali 60 % sumažinti suvirinimo deformaciją ir 300 % padidinti suvirinimo efektyvumą. Šanchajaus „Waigaoqiao“ laivų statykloje naudojama 16 kW pluošto lazerio didelės galios lazerinio lanko hibridinio suvirinimo sistema. Gamybos linijoje naudojama nauja lazerinio hibridinio suvirinimo + MAG suvirinimo proceso technologija, leidžianti atlikti vienpusį vieno praėjimo suvirinimą ir dvipusį formavimą 4–25 mm storio plieninėms plokštėms. Didelės galios lazerinio lanko hibridinio suvirinimo technologija plačiai naudojama šarvuotose transporto priemonėse. Jos suvirinimo charakteristikos: didelio storio sudėtingų metalinių konstrukcijų suvirinimas, maža kaina ir didelis gamybos efektyvumas.

3 pav. Lėktuvnešis USS Sara Toga

Didelės galios lazerinio lanko hibridinio suvirinimo technologija iš pradžių buvo taikoma kai kuriose pramonės srityse ir taps svarbia priemone efektyviai gaminti dideles konstrukcijas su vidutinio ir didelio sienelių storio. Šiuo metu trūksta tyrimų apie didelės galios lazerinio lanko hibridinio suvirinimo mechanizmą, kurį reikia toliau stiprinti, pavyzdžiui, fotoplazmos ir lanko sąveiką bei lanko ir išlydyto metalo sąveiką. Didelės galios lazerinio lanko hibridinio suvirinimo procese vis dar yra daug neišspręstų problemų, tokių kaip siauras proceso langas, nevienodos suvirinimo struktūros mechaninės savybės ir sudėtinga suvirinimo kokybės kontrolė. Palaipsniui didėjant pramoninių lazerių išėjimo galiai, sparčiai vystysis didelės galios lazerinio lanko hibridinio suvirinimo technologija, o toliau atsiras įvairių naujų lazerinio hibridinio suvirinimo technologijų. Lokalizavimas, didelio masto pritaikymas ir intelektualizavimas bus svarbios didelės galios lazerinio suvirinimo įrangos plėtros tendencijos ateityje.