01 Гибридная лазерно-дуговая сварка толстых пластин
Сварка толстых пластин (толщина ≥ 20 мм) играет ключевую роль в производстве крупногабаритного оборудования в таких важных областях, как аэрокосмическая промышленность, судостроение, железнодорожный транспорт и т. д. Эти компоненты обычно характеризуются большой толщиной, сложной формой соединений и сложными условиями эксплуатации. Качество сварки напрямую влияет на производительность и срок службы оборудования. Из-за низкой скорости сварки и серьезных проблем с разбрызгиванием традиционный метод сварки в защитной газовой среде сталкивается с такими проблемами, как низкая эффективность сварки, высокое энергопотребление и большие остаточные напряжения, что затрудняет удовлетворение постоянно растущих производственных требований. Однако технология гибридной лазерно-дуговой сварки отличается от традиционной технологии сварки. Она успешно сочетает в себе преимуществалазерная сваркаи дуговой сварки, и обладает такими характеристиками, как большая глубина проплавления, высокая скорость сварки, высокая эффективность и лучшее качество сварного шва, как показано на рисунке 1. Поэтому эта технология привлекла широкое внимание и начала применяться в некоторых ключевых областях.
Рисунок 1. Принцип гибридной лазерно-дуговой сварки.
02Исследование гибридной лазерно-дуговой сварки толстых пластин
Норвежский институт промышленных технологий и Лульский технологический университет в Швеции исследовали структурную однородность композитных сварных соединений при мощности 15 кВт для микролегированной высокопрочной низколегированной стали толщиной 45 мм. Университет Осаки и Центральный металлургический научно-исследовательский институт Египта использовали волоконный лазер мощностью 20 кВт для исследования процесса однопроходной лазерно-дуговой гибридной сварки толстых пластин (25 мм) с использованием нижнего вкладыша для решения проблемы образования «горба» на дне. Датская компания Force Technology использовала два дисковых лазера мощностью 16 кВт, соединенных последовательно, для исследования гибридной сварки стальных пластин толщиной 40 мм при мощности 32 кВт, что указывает на перспективность использования высокомощной лазерно-дуговой сварки при сварке оснований башен морских ветроэнергетических установок, как показано на рисунке 2. Компания Harbin Welding Co., Ltd. первой в стране освоила основные технологии и технологию интеграции оборудования для высокомощной гибридной сварки с использованием твердого лазера и плавящегося электрода. В нашей стране впервые успешно применена технология и оборудование для гибридной сварки с использованием мощного твердого лазера и двухпроводного плавящего электрода для высокотехнологичного оборудования.
Рисунок 2. Схема расположения лазерной установки.
Согласно современным исследованиям гибридной лазерно-дуговой сварки толстых пластин в стране и за рубежом, можно заметить, что сочетание метода гибридной лазерно-дуговой сварки и узкого зазора позволяет сваривать толстые пластины. При увеличении мощности лазера до более чем 10 000 Вт под воздействием высокоэнергетического лазера в различной степени изменяется поведение материала при испарении, процесс взаимодействия лазера и плазмы, стабильное состояние потока расплавленной ванны, механизм теплопередачи и металлургическое поведение сварного шва. При увеличении мощности до более чем 10 000 Вт увеличение плотности мощности усиливает степень испарения в области вблизи малого отверстия, а сила отдачи напрямую влияет на стабильность малого отверстия и поток расплавленной ванны, тем самым влияя на процесс сварки. Эти изменения оказывают существенное влияние на применение лазерной и комбинированной сварки. Эти характерные явления в процессе сварки прямо или косвенно в некоторой степени отражают стабильность процесса сварки и даже могут определять качество сварного шва. Совместное воздействие двух источников тепла — лазера и дуги — позволяет каждому источнику тепла в полной мере использовать свои характеристики и получать лучшие сварочные эффекты, чем при использовании только лазера или только дуговой сварки. По сравнению с методом лазерной автогенной сварки, этот метод сварки обладает преимуществами высокой адаптивности зазора и большой свариваемой толщины. По сравнению с методом лазерной сварки толстых пластин с узким зазором и заполнением проволокой, он обладает преимуществами высокой эффективности плавления проволоки и хорошего эффекта сплавления в канавках. Кроме того, притяжение лазера к дуге повышает стабильность дуги, делая гибридную лазерно-дуговую сварку быстрее, чем традиционная дуговая сварка.лазерная сварка присадочной проволокойс относительно высокой эффективностью сварки.
03 Применение гибридной лазерно-дуговой сварки высокой мощности
Технология гибридной лазерно-дуговой сварки высокой мощности широко используется в судостроении. Немецкая верфь Meyer создала производственную линию гибридной лазерно-дуговой сварки CO2 мощностью 12 кВт для сварки плоских листов корпуса и ребер жесткости, что позволяет за один проход формировать угловые сварные швы длиной 20 м и снизить степень деформации на 2/3. Компания GE разработала систему гибридной лазерно-дуговой сварки с волоконным лазером с максимальной выходной мощностью 20 кВт для сварки авианосца USS Saratoga, что позволило сэкономить 800 тонн сварочного металла и сократить трудозатраты на 80%, как показано на рисунке 3. На судне CSSC 725 используется система гибридной лазерно-дуговой сварки с волоконным лазером мощностью 20 кВт, что позволяет снизить деформацию при сварке на 60% и повысить эффективность сварки на 300%. Шанхайская верфь Waigaoqiao использует систему гибридной лазерно-дуговой сварки с волоконным лазером мощностью 16 кВт. Производственная линия использует новую технологию гибридной лазерной сварки + MAG-сварки для обеспечения односторонней однопроходной сварки и двусторонней формовки стальных пластин толщиной 4-25 мм. Технология высокомощной гибридной лазерно-дуговой сварки широко применяется в бронетехнике. Ее сварочные характеристики: сварка сложных металлических конструкций большой толщины, низкая стоимость и высокая эффективность производства.
Рисунок 3. Авианосец USS Sara Toga
Технология гибридной лазерно-дуговой сварки высокой мощности первоначально применялась в некоторых отраслях промышленности и в будущем станет важным средством эффективного изготовления крупногабаритных конструкций со средней и большой толщиной стенок. В настоящее время исследования механизма гибридной лазерно-дуговой сварки высокой мощности недостаточно изучены и нуждаются в дальнейшем углублении, например, в изучении взаимодействия фотоплазмы и дуги, а также взаимодействия дуги и расплавленной ванны. В процессе гибридной лазерно-дуговой сварки высокой мощности по-прежнему существует множество нерешенных проблем, таких как узкий технологический диапазон, неравномерные механические свойства сварного шва и сложность контроля качества сварки. По мере постепенного увеличения выходной мощности промышленных лазеров технология гибридной лазерно-дуговой сварки высокой мощности будет быстро развиваться, и будут появляться новые технологии гибридной лазерной сварки. Локализация, крупномасштабное производство и интеллектуализация станут важными тенденциями в развитии оборудования для лазерной сварки высокой мощности в будущем.
Дата публикации: 24 апреля 2024 г.
