Què són les tecnologies de soldadura avançades?
El desenvolupament de la ciència i la tecnologia ha impulsat el progrés continu en la tecnologia de soldadura, donant lloc a l'aparició de nous mètodes de soldadura. Les tecnologies de soldadura avançades es refereixen a mètodes d'unió més avançats que van més enllà dels convencionals (com ara la soldadura per arc metàl·lic protegit, la soldadura per arc submergit i la soldadura per arc metàl·lic convencional amb gas). L'aparició i la investigació d'aquests mètodes de soldadura avançats són el resultat de la integració interdisciplinària. Tecnologies de soldadura avançades (per exemple, soldadura per feix d'alta energia, soldadura híbrida per arc làser, soldadura per difusió al buit i...)soldadura robòtica) s'han aplicat en electrònica, energia, automoció, aeroespacial, indústria nuclear i altres sectors. Tenen un paper crucial i irreemplaçable en la soldadura de materials i estructures especials, promovent el progrés social i tecnològic.
La soldadura de materials avançats està estretament relacionada amb el desenvolupament de l'alta tecnologia i té funcions úniques i irreemplaçables. Després del ràpid desenvolupament del segle XX, la tecnologia de soldadura, com a vincle important de la indústria moderna, ha entrat al segle XXI amb un sistema madur, passant de la fabricació manual a la fabricació mecanitzada, automatitzada, basada en la informació i intel·ligent. Això marca una nova era en la ciència i l'enginyeria de la soldadura.
(1) Soldadura híbrida per arc làser
La tecnologia de processament de feixos d'alta energia es considera la tecnologia de processament més prometedora del segle XXI, es creu que "portarà canvis revolucionaris a la tecnologia de processament i fabricació de materials", i actualment és el camp tècnic de més ràpid creixement i més investigat.
El desenvolupament deequips de soldadura"A gran escala" té dos significats: un és l'augment de la potència de l'equip i l'altre és l'ampliació de les peces soldades per l'equip. A causa de l'alta inversió única en equips de soldadura avançats, especialment equips de soldadura làser i soldadura per feix d'electrons, augmentar la potència, millorar la profunditat de penetració i l'estabilitat del procés de soldadura pot reduir relativament els costos de soldadura, fent-la acceptable per a la indústria. Per tant, la tecnologia de soldadura híbrida centrada en làsers ha atret l'atenció. De fet, la soldadura híbrida làser-arc es va proposar ja a la dècada de 1970, però les aplicacions industrials estables només van sorgir en els darrers anys, beneficiant-se principalment del desenvolupament de la tecnologia làser i els equips de soldadura per arc, especialment la millora de la potència làser i la tecnologia de control d'arc. L'híbrid làser-arc implica principalment la combinació de làser amb arc de gas inert de tungstè (TIG), arc de plasma i arc actiu. Mitjançant la interacció entre el làser i l'arc, es poden superar les deficiències de cada mètode de soldadura, donant lloc a un bon efecte híbrid.
La soldadura híbrida làser-arc millora significativament l'eficiència de la soldadura, principalment basant-se en dos efectes: primer, l'alta densitat d'energia condueix a una major velocitat de soldadura i una reducció de la pèrdua de calor de la peça; segon, l'efecte de superposició de la interacció entre les dues fonts de calor. Quan es solda acer, el plasma làser estabilitza l'arc; al mateix temps, l'arc entra al forat del pany del bany fos, reduint la pèrdua d'energia. La combinació de làser i TIG pot augmentar significativament la velocitat de soldadura, aproximadament el doble que la de la soldadura TIG. El desgast de l'elèctrode de tungstè també es redueix considerablement, augmentant la seva vida útil; l'angle de la ranura també es pot reduir significativament i l'àrea de la secció transversal de la soldadura és similar a la de la soldadura làser. En comparació amb la soldadura híbrida làser-arc simple, la soldadura híbrida làser-arc doble pot reduir l'entrada de calor de soldadura en un 25% i augmentar la velocitat de soldadura en un 30%.
Els principals avantatges de la soldadura híbrida làser-arc (o arc de plasma) són la millora de la velocitat de soldadura i la profunditat de penetració. A causa de l'escalfament de l'arc, la temperatura del metall augmenta, reduint la reflectivitat del metall al làser i augmentant l'absorció de l'energia lumínica. Aquest mètode s'ha provat en soldadura làser de CO₂ de baixa potència, així com en soldadura làser de CO₂ de 12 kW i làsers YAG de 2 kW amb transmissió de fibra òptica, establint les bases per a la soldadura híbrida làser-arc robòtica (o arc de plasma). En els darrers anys, la tecnologia de soldadura híbrida nascuda de l'híbrid làser-arc ha aconseguit un desenvolupament significatiu, i la seva aplicació en components complexos en els sectors aeroespacial, militar i altres ha rebut una atenció creixent. Actualment, la tecnologia de soldadura híbrida que combina feixos d'alta energia amb diferents arcs s'ha convertit en un dels punts calents en el camp de la soldadura per feixos d'alta energia.
(2) Soldadura per fricció-agitació
La soldadura per fricció-agitació (FSW) és una tecnologia de soldadura patentada desenvolupada pel Welding Institute (TWI) del Regne Unit a principis dels anys noranta. Pot soldar metalls no ferrosos que són difícils de soldar mitjançant mètodes de soldadura per fusió.
La soldadura per fricció-agitació té avantatges com ara un procés d'unió senzill, grans fins a la unió soldada, bon rendiment a la fatiga, rendiment a la tracció i rendiment a la flexió, sense necessitat de cables de soldadura ni gasos de protecció, sense llum d'arc i baixa tensió residual i deformació després de la soldadura. S'ha aplicat a la indústria aeroespacial dels països desenvolupats d'Europa i Amèrica, i s'ha utilitzat amb èxit en la soldadura de recipients a pressió de paret fina d'aliatge d'alumini que treballen a baixes temperatures, completant la unió a topall recta de soldadures longitudinals i la unió a topall circumferencial de soldadures circulars. Aquesta tecnologia s'ha adoptat en el nou disseny estructural de nous vehicles i s'ha aplicat en l'aeroespacial, el transport, la fabricació d'automòbils i altres sectors industrials.
(3) Soldadura per difusió al buit
L'aparició contínua de materials avançats planteja nous reptes a les tecnologies d'unió. La unió de molts materials nous, com ara aliatges resistents a la calor, ceràmiques d'alta tecnologia, compostos intermetàl·lics i materials compostos, especialment la unió de materials diferents, és difícil d'aconseguir mitjançant mètodes convencionals de soldadura per fusió, per la qual cosa han sorgit tecnologies d'unió per difusió en estat sòlid i altres tecnologies. Per exemple, la tecnologia de soldadura per difusió de conformació superplàstica s'ha aplicat amb èxit en estructures de bresca d'aliatge de titani d'aeronaus. Les ceràmiques i els metalls es poden unir mitjançant soldadura per difusió; l'aplicació de la tecnologia de soldadura per difusió en fase líquida transitòria ha resolt molts problemes difícils d'unió de materials durs que no es podien resoldre mitjançant...soldadura per fusióen el passat.
La unió en estat sòlid es pot dividir en dues categories. Una és el mètode d'unió amb baixa temperatura, alta pressió i poc temps, que promou un contacte proper de la superfície de la peça i la ruptura de la pel·lícula d'òxid a través de la deformació plàstica local. La deformació plàstica és el factor dominant en la formació de la unió. Aquests mètodes d'unió inclouensoldadura per fricció, soldadura per explosió, soldadura per pressió freda i soldadura per pressió calenta, que normalment s'anomenen soldadura per pressió. L'altre és el mètode d'unió per difusió amb alta temperatura, baixa pressió i temps relativament llarg, generalment realitzat en una atmosfera protectora o buit. Aquest mètode d'unió només produeix una deformació plàstica mínima, i la difusió de la interfície és el factor dominant en la formació de la unió. Aquests mètodes d'unió inclouen principalment la soldadura per difusió, com ara la soldadura per difusió al buit, la soldadura per difusió en fase líquida transitòria, la soldadura per difusió per premsat isostàtic en calent i la soldadura per difusió de conformació superplàstica.
A més de l'aparició contínua de mètodes de soldadura avançats i nous processos (els anteriors són només alguns exemples), el nivell de mecanització i automatització de diversos mètodes de soldadura millora constantment. El progrés de la tecnologia electrònica, la tecnologia de detecció, la informàtica i la tecnologia de control ha promogut enormement el desenvolupament de la disciplina de la soldadura, fent que l'automatització de la soldadura avanci cap a un control intel·ligent. En particular, la introducció a gran escala de robots de soldadura ha trencat el mode tradicional d'automatització rígida de la soldadura, ha obert un nou mode d'automatització flexible en la soldadura i ha proporcionat un espai de desenvolupament més ampli per a la tecnologia de soldadura. La soldadura s'ha convertit en un mètode de processament indispensable en la fabricació moderna. A més, amb el progrés de la ciència i la tecnologia i el desenvolupament social i econòmic, els camps d'aplicació de la soldadura/unió avançada continuaran expandint-se.
(4) Soldadura automatitzada i intel·ligent
La mecanització i l'automatització són mitjans importants per millorar la productivitat de la soldadura, garantir la qualitat del producte i millorar les condicions de treball. L'automatització de la producció de soldadura és la direcció de desenvolupament futur de la tecnologia de soldadura. La millora de l'eficiència i la qualitat de la producció de soldadura només té certes limitacions des de la perspectiva dels processos de soldadura. Els mètodes de soldadura/unió com la soldadura per feix d'electrons, la soldadura per làser i la soldadura per fricció-agitació tenen requisits estrictes sobre la geometria de la ranura i la qualitat del muntatge. Després de la soldadura automàtica, tota l'estructura soldada és neta, precisa i bonica, canviant el fenomen retroactiu del funcionament manual als tallers de soldadura del passat.
Com un dels símbols importants del desenvolupament de la tecnologia de fabricació moderna i una indústria tecnològica emergent, els robots han tingut un impacte important en diversos camps de les indústries d'alta tecnologia. La complexitat dels processos de fabricació de soldadura i els requisits estrictes de qualitat de la soldadura, juntament amb el nivell de tecnologia de soldadura i les condicions de treball sovint deficients, fan que els processos de soldadura que poden automatitzar i intel·ligentitzar el procés de soldadura rebin una atenció especial. Actualment, entre el 30% i el 40% dels robots de tot el món s'utilitzen en tecnologia de soldadura. Els robots de soldadura es van aplicar inicialment principalment en línies de producció de soldadura per punts a la indústria de l'automoció i, en els darrers anys, s'han expandit gradualment a altres camps de producció.
El primer enfocament de desenvolupament desoldadura intel·ligentés el sistema de visió. Els sistemes de visió desenvolupats actualment poden permetre als robots modificar automàticament la trajectòria del moviment de la torxa segons les condicions específiques durant la soldadura, i alguns poden ajustar els paràmetres del procés de manera oportuna segons la mida de la ranura.
Data de publicació: 20 d'agost de 2025
