01 Tjockplåts laserbågshybridsvetsning
Svetsning av tjockplåt (tjocklek ≥ 20 mm) spelar en nyckelroll vid tillverkning av stor utrustning inom viktiga områden som flyg- och rymdteknik, navigering och varvsindustrin, järnvägstransporter etc. Dessa komponenter kännetecknas vanligtvis av stor tjocklek, komplexa fogformer och komplexa driftsmiljöer. Svetskvaliteten har en direkt inverkan på utrustningens prestanda och livslängd. På grund av den låga svetshastigheten och allvarliga stänkproblem möter den traditionella gasskyddade svetsmetoden utmaningar som låg svetseffektivitet, hög energiförbrukning och stor restspänning, vilket gör det svårt att uppfylla de ständigt ökande tillverkningskraven. Laserbågshybridsvetstekniken skiljer sig dock från traditionell svetsteknik. Den kombinerar framgångsrikt fördelarna med...lasersvetsningoch bågsvetsning, och har egenskaper som stort inträngningsdjup, snabb svetshastighet, hög effektivitet och bättre svetskvalitet, vilket visas i figur 1. Därför har denna teknik väckt stor uppmärksamhet och börjat tillämpas inom vissa nyckelområden.
Figur 1 Princip för laserbågshybridsvetsning
02 Forskning om laserbågshybridsvetsning av tjocka plåtar
Norges industriellt tekniska institut och Lule tekniska universitet i Sverige studerade den strukturella likformigheten hos kompositsvetsade fogar under 15 kW för 45 mm tjockt mikrolegerat höghållfast låglegerat stål. Osaka universitet och Egyptens Central Metallurgical Research Institute använde en 20 kW fiberlaser för att bedriva forskning om hybridsvetsningsprocessen med en enda pass laserbåge av tjocka plåtar (25 mm), med hjälp av en bottenliner för att lösa problemet med bottenpuckeln. Det danska Force Technology Company använde två 16 kW skivlasrar i serie för att bedriva forskning om hybridsvetsning av 40 mm tjocka stålplåtar vid 32 kW, vilket indikerar att högeffektslaserbågsvetsning förväntas användas vid svetsning av havsbaserade vindkraftstorn, såsom visas i figur 2. Harbin Welding Co., Ltd. är först i landet med att behärska kärntekniken och utrustningsintegrationstekniken för högeffekts solid lasersmältelektrodbågsvetsning med hybridvärmekällor. Det är första gången som jag framgångsrikt tillämpar högeffekts solid laser-dubbeltrådssmältelektrod-hybridsvetsteknik och -utrustning på avancerad utrustning i mitt land.
Figur 2. Diagram över laserinstallationen
Enligt den nuvarande forskningsstatusen för laserbågsvetsning av tjocka plåtar, både hemma och utomlands, kan man se att kombinationen av laserbågsvetsmetoden och smala spår kan uppnå svetsning av tjocka plåtar. När lasereffekten ökar till mer än 10 000 watt, kommer materialets förångningsbeteende, interaktionsprocessen mellan laser och plasma, det stabila tillståndet i smältbadets flöde, värmeöverföringsmekanismen och svetsens metallurgiska beteende att förändras i varierande grad under bestrålning med högenergilaser. När effekten ökar till mer än 10 000 watt kommer ökningen av effekttätheten att intensifiera förångningsgraden i området nära det lilla hålet, och rekylkraften kommer direkt att påverka stabiliteten hos det lilla hålet och flödet i smältbadet, vilket påverkar svetsprocessen. Förändringarna har en icke försumbar inverkan på implementeringen av laser och dess kompositsvetsprocesser. Dessa karakteristiska fenomen i svetsprocessen återspeglar direkt eller indirekt svetsprocessens stabilitet i viss mån och kan till och med bestämma svetskvaliteten. Kopplingseffekten av de två värmekällorna, laser och båge, kan göra att de två värmekällorna ger full spelrum för sina egna egenskaper och uppnår bättre svetseffekter än enkellasersvetsning och bågsvetsning. Jämfört med laserautogen svetsmetod har denna svetsmetod fördelarna med stark spaltanpassningsförmåga och stor svetsbar tjocklek. Jämfört med smalspaltlasermetoden för trådfyllning av tjocka plattor har den fördelarna med hög trådsmältningseffektivitet och god spårfusionseffekt. Dessutom förbättrar laserns attraktion till bågen bågens stabilitet, vilket gör laser-båghybridsvetsning snabbare än traditionell bågsvetsning ochlasersvetsning av tillsatstråd, med relativt hög svetseffektivitet.
03 Högeffekts laserbågshybridsvetsning
Högpresterande laserbågshybridsvetsteknik används ofta inom varvsindustrin. Meyer Shipyard i Tyskland har etablerat en 12 kW CO2-laserbågshybridsvetsningslinje för svetsning av plana plattor och förstyvningar i skrov för att uppnå 20 meter långa kälsvetsar i ett svep och minska deformationsgraden med 2/3. GE utvecklade ett fiberlaserbågshybridsvetssystem med en maximal utgångseffekt på 20 kW för att svetsa hangarfartyget USS Saratoga, vilket sparar 800 ton svetsgods och minskar arbetstimmarna med 80 %, såsom visas i figur 3. CSSC 725 använder ett 20 kW fiberlaserbaserat högpresterande laserbågshybridsvetssystem, vilket kan minska svetsdeformationen med 60 % och öka svetseffektiviteten med 300 %. Shanghai Waigaoqiao Shipyard använder ett 16 kW fiberlaserbaserat högpresterande laserbågshybridsvetssystem. Produktionslinjen använder en ny processteknik med laserhybridsvetsning + MAG-svetsning för att uppnå ensidig svetsning i ett enda stycke och dubbelsidig formning av 4–25 mm tjocka stålplåtar. Högpresterande laserbågshybridsvetsteknik används ofta i bepansrade fordon. Dess svetsegenskaper är: svetsning av komplexa metallkonstruktioner med stor tjocklek, låg kostnad och högeffektiv tillverkning.
Figur 3. Hangarfartyget USS Sara Toga
Högeffektslaser-båghybridsvetsteknik har initialt tillämpats inom vissa industriella områden och kommer att bli ett viktigt medel för effektiv tillverkning av stora strukturer med medelstora och stora väggtjocklekar. För närvarande saknas forskning om mekanismen för högeffektslaser-båghybridsvetsning, vilken behöver stärkas ytterligare, såsom interaktionen mellan fotoplasma och båge och interaktionen mellan båge och smältbad. Det finns fortfarande många olösta problem i högeffektslaser-båghybridsvetsprocessen, såsom ett smalt processfönster, ojämna mekaniska egenskaper hos svetsstrukturen och komplicerad svetskvalitetskontroll. I takt med att uteffekten från industriella lasrar gradvis ökar kommer högeffektslaser-båghybridsvetstekniken att utvecklas snabbt, och en mängd nya laserhybridsvetstekniker kommer att fortsätta att dyka upp. Lokalisering, storskalighet och intelligentisering kommer att vara viktiga trender i utvecklingen av högeffektslaserutrustning i framtiden.
Publiceringstid: 24 april 2024
