01 Soldadura híbrida làser-arc de placa gruixuda
La soldadura de xapa gruixuda (gruix ≥ 20 mm) juga un paper clau en la fabricació d'equips grans en camps importants com l'aeroespacial, la navegació i la construcció naval, el transport ferroviari, etc. Aquests components solen caracteritzar-se per un gran gruix, formes d'unió complexes i entorns de servei complexos. La qualitat de la soldadura té un impacte directe en el rendiment i la vida útil de l'equip. A causa de la lenta velocitat de soldadura i els greus problemes d'esquitxades, el mètode tradicional de soldadura amb gas protector s'enfronta a reptes com ara una baixa eficiència de soldadura, un alt consum d'energia i una gran tensió residual, cosa que dificulta el compliment dels requisits de fabricació en constant augment. Tanmateix, la tecnologia de soldadura híbrida làser-arc és diferent de la tecnologia de soldadura tradicional. Combina amb èxit els avantatges desoldadura làseri soldadura per arc, i té les característiques de gran profunditat de penetració, ràpida velocitat de soldadura, alta eficiència i millor qualitat de soldadura, com es mostra a la Figura 1. Per tant, aquesta tecnologia ha atret una àmplia atenció i ha començat a aplicar-se en algunes àrees clau.
Figura 1 Principi de la soldadura híbrida per arc làser
02Recerca sobre soldadura híbrida làser-arc de plaques gruixudes
L'Institut Noruec de Tecnologia Industrial i la Universitat Tecnològica de Lule a Suècia van estudiar la uniformitat estructural de les unions soldades compostes de menys de 15 kW per a acer microaliat d'alta resistència i baix aliatge de 45 mm de gruix. La Universitat d'Osaka i l'Institut Central de Recerca Metal·lúrgica d'Egipte van utilitzar un làser de fibra de 20 kW per dur a terme una investigació sobre el procés de soldadura híbrida per arc làser d'una sola passada de plaques gruixudes (25 mm), utilitzant un revestiment inferior per resoldre el problema de la gepa inferior. La Danish Force Technology Company va utilitzar dos làsers de disc de 16 kW en sèrie per dur a terme una investigació sobre la soldadura híbrida de plaques d'acer de 40 mm de gruix a 32 kW, cosa que indica que s'espera que la soldadura per arc làser d'alta potència s'utilitzi en la soldadura de bases de torres d'energia eòlica marina, com es mostra a la Figura 2. Harbin Welding Co., Ltd. és la primera del país a dominar la tecnologia bàsica i la tecnologia d'integració d'equips de soldadura per font de calor híbrida per arc d'elèctrode de fusió làser sòlid d'alta potència. És la primera vegada que aplico amb èxit tecnologia i equips de soldadura híbrida per arc amb elèctrode de fusió de doble fil amb làser sòlid d'alta potència a equips de fabricació d'alta gamma al meu país.
Figura 2. Diagrama de disseny de la instal·lació làser
Segons l'estat actual de la recerca de la soldadura híbrida làser-arc de plaques gruixudes, tant a nivell nacional com internacional, es pot observar que la combinació del mètode de soldadura híbrida làser-arc i la ranura estreta pot aconseguir la soldadura de plaques gruixudes. Quan la potència del làser augmenta a més de 10.000 watts, sota la irradiació d'un làser d'alta energia, el comportament de vaporització del material, el procés d'interacció entre el làser i el plasma, l'estat estable del flux de la piscina fosa, el mecanisme de transferència de calor i el comportament metal·lúrgic de la soldadura es produiran canvis en diversos graus. A mesura que la potència augmenta a més de 10.000 watts, l'augment de la densitat de potència intensificarà el grau de vaporització a la zona propera al forat petit, i la força de retrocés afectarà directament l'estabilitat del forat petit i el flux de la piscina fosa, afectant així el procés de soldadura. Els canvis tenen un impacte no negligible en la implementació del làser i els seus processos de soldadura compostos. Aquests fenòmens característics del procés de soldadura reflecteixen directament o indirectament l'estabilitat del procés de soldadura fins a cert punt, i fins i tot poden determinar la qualitat de la soldadura. L'efecte d'acoblament de les dues fonts de calor, el làser i l'arc, pot fer que les dues fonts de calor aprofitin al màxim les seves pròpies característiques i obtinguin millors efectes de soldadura que la soldadura amb làser únic i la soldadura per arc. En comparació amb el mètode de soldadura autògena amb làser, aquest mètode de soldadura té els avantatges d'una forta adaptabilitat a la bretxa i un gran gruix soldable. En comparació amb el mètode de soldadura per omplir filferro amb làser de bretxa estreta en plaques gruixudes, té els avantatges d'una alta eficiència de fusió de filferro i un bon efecte de fusió de ranures. A més, l'atracció del làser cap a l'arc millora l'estabilitat de l'arc, fent que la soldadura híbrida làser-arc sigui més ràpida que la soldadura per arc tradicional.soldadura amb filferro de farciment làser, amb una eficiència de soldadura relativament alta.
03 Aplicació de soldadura híbrida làser-arc d'alta potència
La tecnologia de soldadura híbrida per arc làser d'alta potència s'utilitza àmpliament en la indústria de la construcció naval. La drassana Meyer a Alemanya ha establert una línia de producció de soldadura híbrida per arc làser de CO2 de 12 kW per soldar plaques planes i reforços del buc per aconseguir la formació de soldadures de filete de 20 m de llarg d'una sola vegada i reduir el grau de deformació en 2/3. GE va desenvolupar un sistema de soldadura híbrida per arc làser de fibra amb una potència màxima de sortida de 20 kW per soldar el portaavions USS Saratoga, estalviant 800 tones de metall soldat i reduint les hores de treball en un 80%, com es mostra a la Figura 3. El CSSC 725 adopta un sistema de soldadura híbrida per arc làser de fibra d'alta potència de 20 kW, que pot reduir la deformació de la soldadura en un 60% i augmentar l'eficiència de la soldadura en un 300%. La drassana Waigaoqiao de Xangai utilitza un sistema de soldadura híbrida per arc làser de fibra d'alta potència de 16 kW. La línia de producció adopta una nova tecnologia de procés de soldadura híbrida làser + soldadura MAG per aconseguir soldadura d'una sola passada per una sola cara i conformació per dues cares de plaques d'acer de 4-25 mm de gruix. La tecnologia de soldadura híbrida per arc làser d'alta potència s'utilitza àmpliament en vehicles blindats. Les seves característiques de soldadura són: soldadura d'estructures metàl·liques complexes de gran gruix, baix cost i fabricació d'alta eficiència.
Figura 3. Portaavions USS Sara Toga
La tecnologia de soldadura híbrida làser-arc d'alta potència s'ha aplicat inicialment en alguns camps industrials i esdevindrà un mitjà important per a la fabricació eficient d'estructures grans amb gruixos de paret mitjans i grans. Actualment, hi ha una manca de recerca sobre el mecanisme de la soldadura híbrida làser-arc d'alta potència, que cal reforçar encara més, com ara la interacció entre el fotoplasma i l'arc i la interacció entre l'arc i la piscina fosa. Encara hi ha molts problemes sense resoldre en el procés de soldadura híbrida làser-arc d'alta potència, com ara una finestra de procés estreta, propietats mecàniques desiguals de l'estructura de soldadura i un control de qualitat de soldadura complicat. A mesura que la potència de sortida dels làsers de grau industrial augmenta gradualment, la tecnologia de soldadura híbrida làser-arc d'alta potència es desenvoluparà ràpidament i continuaran sorgint una varietat de noves tecnologies de soldadura híbrida làser. La localització, la gran escala i la intel·ligència seran tendències importants en el desenvolupament d'equips de soldadura làser d'alta potència en el futur.
Data de publicació: 24 d'abril de 2024
