Vad är avancerade svetstekniker?
Utvecklingen av vetenskap och teknik har drivit kontinuerliga framsteg inom svetstekniken, vilket lett till framväxten av nya svetsmetoder. Avancerade svetstekniker avser avancerade sammanfogningsmetoder utöver konventionella (såsom skärmad metallbågsvetsning, pulversvetsning och konventionell gasmetallbågsvetsning). Framväxten och forskningen kring dessa avancerade svetsmetoder är ett resultat av den tvärvetenskapliga integrationen. Avancerade svetstekniker (t.ex. högenergistrålesvetsning, laserbågshybridsvetsning, vakuumdiffusionssvetsning och ...)robotsvetsning) har använts inom elektronik, energi, fordonsindustrin, flyg- och rymdindustrin, kärnkraftsindustrin och andra sektorer. De spelar en avgörande och oersättlig roll vid svetsning av specialmaterial och strukturer, och främjar sociala och tekniska framsteg.
Svetsning av avancerade material är nära relaterad till utvecklingen av högteknologi och har unika och oersättliga funktioner. Efter en snabb utveckling under 1900-talet har svetstekniken, som en viktig länk i den moderna industrin, gått in i 2000-talet med ett moget system, som övergått från manuell tillverkning till mekaniserad, automatiserad, informationsbaserad och intelligent tillverkning. Detta markerar en ny era inom svetsvetenskap och -teknik.
(1) Laserbågssvetsning med hybridteknik
Högenergistrålebearbetningsteknik hyllas som den mest lovande bearbetningstekniken under 2000-talet och tros "medföra revolutionerande förändringar inom materialbearbetning och tillverkningsteknik", och är för närvarande det snabbast växande och mest utforskade tekniska området.
Utvecklingen avsvetsutrustningMot storskalighet har två betydelser: den ena är ökningen av utrustningens effekt, och den andra är förstoringen av delar som svetsas av utrustningen. På grund av de höga engångsinvesteringarna i avancerad svetsutrustning, särskilt lasersvetsning och elektronstrålesvetsutrustning, kan ökning av effekten, förbättring av penetrationsdjupet och svetsprocessens stabilitet relativt minska svetskostnaderna, vilket gör den acceptabel för industrin. Därför har hybridsvetsteknik centrerad kring lasrar väckt uppmärksamhet. Faktum är att laserbågshybridsvetsning föreslogs redan på 1970-talet, men stabila industriella tillämpningar uppstod först under senare år, främst tack vare utvecklingen av laserteknik och bågsvetsutrustning, särskilt förbättringen av lasereffekt och bågkontrollteknik. Laserbågshybrid innebär huvudsakligen kombinationen av laser med volframinert gas (TIG) båge, plasmabåge och aktiv båge. Genom interaktionen mellan laser och båge kan bristerna hos varje svetsmetod övervinnas, vilket resulterar i en god hybrideffekt.
Laserbågssvetsning med hybridsvetsning förbättrar svetseffektiviteten avsevärt, huvudsakligen baserat på två effekter: för det första leder den höga energitätheten till en högre svetshastighet och minskad värmeförlust för arbetsstycket; för det andra, superpositionseffekten av interaktionen mellan de två värmekällorna. Vid svetsning av stål stabiliserar laserplasman bågen; samtidigt går bågen in i nyckelhålet i smältbadet, vilket minskar energiförlusten. Kombinationen av laser och TIG kan öka svetshastigheten avsevärt, ungefär dubbelt så mycket som vid TIG-svetsning. Slitaget på volframelektroden minskas också kraftigt, vilket ökar dess livslängd; spårvinkeln kan också minskas avsevärt, och svetsens tvärsnittsarea liknar den vid lasersvetsning. Jämfört med laser-enkelbågshybridsvetsning kan laser-dubbelbågshybridsvetsning minska svetsvärmetillförseln med 25 % och öka svetshastigheten med cirka 30 %.
De främsta fördelarna med laserbågsvetsning (eller plasmabågsvetsning) är förbättrad svetshastighet och penetrationsdjup. På grund av båguppvärmning stiger metalltemperaturen, vilket minskar metallens reflektivitet mot lasern och ökar absorptionen av ljusenergi. Denna metod har testats på CO₂-lasersvetsning med låg effekt, såväl som 12 kW CO₂-lasersvetsning och 2 kW YAG-lasrar med optisk fiberöverföring, vilket lägger grunden för robotiserad laserbågsvetsning (eller plasmabågsvetsning). Under senare år har hybridsvetstekniken som sprungit ur laserbågshybrid uppnått betydande utveckling, och dess tillämpning i komplexa komponenter inom flyg- och rymdfart, militär och andra sektorer har fått allt större uppmärksamhet. För närvarande har hybridsvetsteknik som kombinerar högenergistrålar med olika bågar blivit en av de hetaste områdena inom högenergistrålsvetsning.
(2) Friktionssvetsning
Friktionssvetsning (FSW) är en patenterad svetsteknik som utvecklades av Welding Institute (TWI) i Storbritannien i början av 1990-talet. Den kan svetsa icke-järnmetaller som är svåra att svetsa med smältsvetsmetoder.
Friktionssvetsning med omrörning har fördelar som enkel sammanfogningsprocess, fina korn i svetsfogen, god utmattningsprestanda, draghållfasthet och böjprestanda, inget behov av svetstrådar eller skyddsgaser, inget ljusbågsljus och låg kvarvarande spänning och deformation efter svetsning. Den har tillämpats inom flygindustrin i utvecklade länder i Europa och Amerika och har framgångsrikt använts vid svetsning av tunnväggiga tryckkärl av aluminiumlegering som arbetar vid låga temperaturer, vilket fullbordar den raka stumfogen i längsgående svetsar och den omkretsmässiga stumfogen i cirkulära svetsar. Denna teknik har använts i den nya strukturella designen av nya fordon och tillämpats inom flyg-, transport-, fordonstillverkning och andra industrisektorer.
(3) Vakuumdiffusionssvetsning
Den ständiga framväxten av avancerade material innebär nya utmaningar för sammanfogningstekniker. Sammanfogning av många nya material, såsom värmebeständiga legeringar, högteknologiska keramiker, intermetalliska föreningar och kompositmaterial, särskilt sammanfogning av olika material, är svår att uppnå med konventionella smältsvetsmetoder, därför har diffusionsbindning i fast tillstånd och andra tekniker framkommit. Till exempel har superplastisk formnings-diffusionssvetsteknik framgångsrikt tillämpats i bikakestrukturer av titanlegering i flygplan. Keramik och metaller kan sammanfogas med diffusionssvetsning; tillämpningen av transient vätskefasdiffusionssvetsteknik har löst många svåra sammanfogningsproblem med hårda material som inte kunde lösas med ...smältsvetsningtidigare.
Fastfasfogning kan delas in i två kategorier. Den ena är fogningsmetoden med låg temperatur, högt tryck och kort tid, vilket främjar nära kontakt mellan arbetsstyckets yta och oxidfilmsbrott genom lokal plastisk deformation. Plastisk deformation är den dominerande faktorn vid bildning av fogen. Sådana fogningsmetoder inkluderarfriktionssvetsning, explosionssvetsning, kalltryckssvetsning och varmtryckssvetsning, som vanligtvis kallas trycksvetsning. Den andra är diffusionsbindningsmetoden med hög temperatur, lågt tryck och relativt lång tid, vanligtvis utförd i en skyddande atmosfär eller vakuum. Denna sammanfogningsmetod producerar endast minimal plastisk deformation, och gränssnittsdiffusion är den dominerande faktorn vid skarvens formning. Sådana sammanfogningsmetoder inkluderar huvudsakligen diffusionssvetsning, såsom vakuumdiffusionssvetsning, transient vätskefasdiffusionssvetsning, varm isostatisk pressdiffusionssvetsning och superplastisk formningsdiffusionssvetsning.
Förutom den kontinuerliga framväxten av avancerade svetsmetoder och nya processer (ovanstående är bara några exempel) förbättras nivån av mekanisering och automatisering av olika svetsmetoder ständigt. Framstegen inom elektronikteknik, sensorteknik, dator- och styrteknik har i hög grad främjat utvecklingen av svetsdisciplinen, vilket gjort att svetsautomation går mot intelligent styrning. I synnerhet har den storskaliga introduktionen av svetsrobotar brutit igenom det traditionella stela automatiseringssättet för svetsning, öppnat upp ett nytt sätt för flexibel automatisering inom svetsning och gett ett bredare utvecklingsutrymme för svetsteknik. Svetsning har blivit en oumbärlig bearbetningsmetod inom modern tillverkning. Dessutom, med framstegen inom vetenskap och teknik samt social och ekonomisk utveckling, kommer tillämpningsområdena för avancerad svetsning/skarvning att fortsätta att expandera.
(4) Automatiserad och intelligent svetsning
Mekanisering och automatisering är viktiga medel för att förbättra svetsproduktiviteten, säkerställa produktkvaliteten och förbättra arbetsförhållandena. Automatisering av svetsproduktion är den framtida utvecklingsriktningen för svetstekniken. Att förbättra effektiviteten och kvaliteten på svetsproduktionen har vissa begränsningar endast ur svetsprocessernas perspektiv. Svets-/fogningsmetoder som elektronstrålesvetsning, lasersvetsning och friktionssvetsning har strikta krav på spårgeometri och monteringskvalitet. Efter automatisk svetsning är hela den svetsade strukturen snygg, exakt och vacker, vilket förändrar det bakåtsträvande fenomenet med manuell drift i svetsverkstäder tidigare.
Som en av de viktiga symbolerna för utvecklingen av modern tillverkningsteknik och en framväxande teknikindustri har robotar haft en betydande inverkan på olika områden inom högteknologiska industrier. Komplexiteten i svetstillverkningsprocesser och strikta krav på svetskvalitet, i kombination med den ofta dåliga svetstekniknivån och arbetsförhållandena, gör att svetsprocesser som kan automatisera och intelligentisera svetsprocessen får särskild uppmärksamhet. För närvarande används 30 % till 40 % av robotarna världen över inom svetsteknik. Svetsrobotar användes initialt mestadels i punktsvetsningslinjer inom bilindustrin, och på senare år har de gradvis expanderat till andra produktionsområden.
Det första utvecklingsfokuset förintelligent svetsningär visionssystemet. Nuvarande utvecklade visionssystem kan göra det möjligt för robotar att automatiskt modifiera brännarens rörelsebana enligt specifika förhållanden under svetsning, och vissa kan i tid justera processparametrar enligt spårstorlek.
Publiceringstid: 20 augusti 2025
