01 Tykkplate laserbuehybridsveising
Tykkplatesveising (tykkelse ≥ 20 mm) spiller en nøkkelrolle i produksjonen av stort utstyr innen viktige felt som luftfart, navigasjon og skipsbygging, jernbanetransport osv. Disse komponentene er vanligvis preget av stor tykkelse, komplekse skjøtformer og komplekse driftsmiljøer. Sveisekvaliteten har en direkte innvirkning på utstyrets ytelse og levetid. På grunn av den lave sveisehastigheten og alvorlige sprutproblemer, står den tradisjonelle gassbeskyttede sveisemetoden overfor utfordringer som lav sveiseeffektivitet, høyt energiforbruk og stor restspenning, noe som gjør det vanskelig å oppfylle de stadig økende produksjonskravene. Imidlertid er laserbuehybridsveiseteknologi forskjellig fra tradisjonell sveiseteknologi. Den kombinerer fordelene med...lasersveisingog lysbuesveising, og har egenskapene stor penetrasjonsdybde, rask sveisehastighet, høy effektivitet og bedre sveisekvalitet, som vist i figur 1. Derfor har denne teknologien fått bred oppmerksomhet og har begynt å bli brukt på noen nøkkelområder.
Figur 1 Prinsipp for laserbuehybridsveising
02 Forskning på laserbuehybridsveising av tykke plater
Norges industrielle tekniske institutt og Lüle tekniske universitet i Sverige studerte den strukturelle ensartetheten til komposittsveisede skjøter under 15 kW for 45 mm tykt mikrolegert høyfast lavlegert stål. Osaka Universitet og Egypts sentrale metallurgiske forskningsinstitutt brukte en 20 kW fiberlaser til å forske på hybridsveising med én pass laserbue av tykke plater (25 mm), med en bunnforing for å løse problemet med bunnhumpen. Det danske selskapet Force Technology brukte to 16 kW skivelasere i serie for å forske på hybridsveising av 40 mm tykke stålplater ved 32 kW, noe som indikerer at høyeffekts laserbuesveising forventes å bli brukt i sveising av havvindtårn, som vist i figur 2. Harbin Welding Co., Ltd. er den første i landet som mestrer kjerneteknologien og utstyrsintegrasjonsteknologien for høyeffekts solid laser-smelteelektrodebuehybridsveising med varmekilder. Det er første gang jeg har hatt suksess med å anvende høyeffekts solid laser-dobbeltråds smelteelektrodehybridsveiseteknologi og -utstyr i avansert utstyr i mitt land.
Figur 2. Diagram over laserinstallasjonsoppsett
I henhold til den nåværende forskningsstatusen for laserbuehybridsveising av tykke plater i inn- og utland, kan man se at kombinasjonen av laserbuehybridsveisemetode og smale spor kan oppnå sveising av tykke plater. Når lasereffekten øker til mer enn 10 000 watt, vil endringer i materialets fordampningsatferd, samspillet mellom laser og plasma, den stabile tilstanden til smeltebadstrømmen, varmeoverføringsmekanismen og den metallurgiske oppførselen til sveisen forekomme i varierende grad under bestråling av høyenergilaser. Når effekten øker til mer enn 10 000 watt, vil økningen i effekttetthet intensivere fordampningsgraden i området nær det lille hullet, og rekylkraften vil direkte påvirke stabiliteten til det lille hullet og strømmen av smeltebadet, og dermed påvirke sveiseprosessen. Endringene har en ubetydelig innvirkning på implementeringen av laser og dens komposittsveiseprosesser. Disse karakteristiske fenomenene i sveiseprosessen gjenspeiler direkte eller indirekte stabiliteten til sveiseprosessen til en viss grad, og kan til og med bestemme kvaliteten på sveisen. Koblingseffekten av de to varmekildene, laser og lysbue, kan gjøre at de to varmekildene gir full spille på sine egne egenskaper og oppnår bedre sveiseeffekter enn enkeltlasersveising og lysbuesveising. Sammenlignet med laserautogen sveisemetode har denne sveisemetoden fordelene med sterk tilpasningsevne til gapet og stor sveisetykkelse. Sammenlignet med smal gap lasertrådfyllingssveisemetode for tykke plater, har den fordelene med høy trådsmeltingseffektivitet og god fusjonseffekt. I tillegg forbedrer laserens tiltrekning til lysbuen lysbuens stabilitet, noe som gjør laser-lysbuehybridsveising raskere enn tradisjonell lysbuesveising.lasersveising av fylltråd, med relativt høy sveiseeffektivitet.
03 Høyeffekts laserbuehybridsveising
Høyeffekts laserbuehybridsveiseteknologi er mye brukt i skipsbyggingsindustrien. Meyer Shipyard i Tyskland har etablert en 12 kW CO2-laserbuehybridsveiseproduksjonslinje for sveising av skrogets flate plater og avstivninger for å oppnå dannelsen av 20 meter lange kilsveiser i én omgang og redusere deformasjonsgraden med 2/3. GE utviklet et fiberlaserbuehybridsveisesystem med en maksimal utgangseffekt på 20 kW for å sveise hangarskipet USS Saratoga, noe som sparer 800 tonn sveisemetall og reduserer arbeidstimer med 80 %, som vist i figur 3. CSSC 725 tar i bruk et 20 kW fiberlaser-høyeffekts laserbuehybridsveisesystem, som kan redusere sveisedeformasjon med 60 % og øke sveiseeffektiviteten med 300 %. Shanghai Waigaoqiao Shipyard bruker et 16 kW fiberlaser-høyeffekts laserbuehybridsveisesystem. Produksjonslinjen tar i bruk en ny prosessteknologi med laserhybridsveising + MAG-sveising for å oppnå ensidig sveising i ett ledd og tosidig forming av stålplater med en tykkelse på 4–25 mm. Høyeffekts laserbuehybridsveiseteknologi er mye brukt i pansrede kjøretøy. Sveiseegenskapene er: sveising av komplekse metallkonstruksjoner med stor tykkelse, lave kostnader og høy effektivitet i produksjonen.
Figur 3. Hangarskipet USS Sara Toga
Høyeffekts laser-bue hybrid sveiseteknologi har i utgangspunktet blitt brukt i noen industrielle felt og vil bli et viktig middel for effektiv produksjon av store konstruksjoner med middels og store veggtykkelser. For tiden mangler det forskning på mekanismen bak høyeffekts laser-bue hybrid sveiseteknologi, som må styrkes ytterligere, for eksempel samspillet mellom fotoplasma og bue og samspillet mellom bue og smeltebad. Det er fortsatt mange uløste problemer i høyeffekts laser-bue hybrid sveiseprosessen, for eksempel et smalt prosessvindu, ujevne mekaniske egenskaper i sveisestrukturen og komplisert sveisekvalitetskontroll. Etter hvert som utgangseffekten til industrielle lasere gradvis øker, vil høyeffekts laser-bue hybrid sveiseteknologi utvikle seg raskt, og en rekke nye laserhybridsveiseteknologier vil fortsette å dukke opp. Lokalisering, storskala og intelligentisering vil være viktige trender i utviklingen av høyeffekts lasersveiseutstyr i fremtiden.
Publisert: 24. april 2024
