01 Saldatura ibrida laser-arco su lamiera spessa
La saldatura di lamiere spesse (spessore ≥ 20 mm) svolge un ruolo chiave nella produzione di apparecchiature di grandi dimensioni in settori importanti come l'aerospaziale, la navigazione e la costruzione navale, il trasporto ferroviario, ecc. Questi componenti sono generalmente caratterizzati da grandi spessori, forme complesse di giunti e servizi complessi ambienti. La qualità della saldatura ha un impatto diretto sulle prestazioni e sulla durata dell'attrezzatura. A causa della bassa velocità di saldatura e dei gravi problemi di spruzzi, il metodo tradizionale di saldatura con protezione a gas deve affrontare sfide come la bassa efficienza di saldatura, l’elevato consumo di energia e un elevato stress residuo, che rendono difficile soddisfare i sempre crescenti requisiti di produzione. Tuttavia, la tecnologia di saldatura ibrida laser-arco è diversa dalla tecnologia di saldatura tradizionale. Combina con successo i vantaggi disaldatura lasere saldatura ad arco e presenta le caratteristiche di ampia profondità di penetrazione, elevata velocità di saldatura, alta efficienza e migliore qualità di saldatura, come mostrato nella Figura 1. Pertanto, questa tecnologia ha attirato l’attenzione diffusa e ha iniziato ad essere applicata in alcune aree chiave.
Figura 1 Principio della saldatura ibrida arco-laser
02Ricerca sulla saldatura ibrida laser-arco di lamiere spesse
L'Istituto norvegese di tecnologia industriale e l'Università di tecnologia di Lule in Svezia hanno studiato l'uniformità strutturale dei giunti saldati compositi sotto i 15 kW per acciaio microlegato ad alta resistenza bassolegato di 45 mm di spessore. L'Università di Osaka e l'Istituto Centrale di Ricerca Metallurgica dell'Egitto hanno utilizzato un laser a fibra da 20 kW per condurre ricerche sul processo di saldatura ibrida laser-arco a passaggio singolo di piastre spesse (25 mm), utilizzando un rivestimento inferiore per risolvere il problema della gobba del fondo. La società danese Force Technology ha utilizzato due laser a disco da 16 kW in serie per condurre ricerche sulla saldatura ibrida di piastre di acciaio spesse 40 mm a 32 kW, indicando che si prevede che la saldatura ad arco laser ad alta potenza sarà utilizzata nella saldatura della base delle torri eoliche offshore , come mostrato nella Figura 2. Harbin Welding Co., Ltd. è la prima nel paese a padroneggiare la tecnologia di base e la tecnologia di integrazione delle apparecchiature per la saldatura con sorgente di calore ibrida ad arco con elettrodo solido con fusione laser ad alta potenza. È la prima volta che applico con successo la tecnologia e le apparecchiature di saldatura ibrida ad arco con elettrodo di fusione laser solido a doppio filo ad alta potenza alle apparecchiature di fascia alta nel mio paese. produzione.
Figura 2. Diagramma del layout dell'installazione del laser
Secondo lo stato attuale della ricerca sulla saldatura ibrida laser-arco di piastre spesse in patria e all'estero, si può vedere che la combinazione del metodo di saldatura ibrida laser-arco e della scanalatura a spazio stretto può ottenere la saldatura di piastre spesse. Quando la potenza del laser aumenta a più di 10.000 watt, sotto l'irradiazione del laser ad alta energia, il comportamento di vaporizzazione del materiale, il processo di interazione tra laser e plasma, lo stato stabile del flusso del bagno di fusione, il meccanismo di trasferimento del calore e il comportamento metallurgico della saldatura I cambiamenti avverranno a vari livelli. Quando la potenza aumenta fino a superare i 10.000 watt, l'aumento della densità di potenza intensificherà il grado di vaporizzazione nell'area vicino al piccolo foro e la forza di rinculo influenzerà direttamente la stabilità del piccolo foro e il flusso della pozza fusa, influenzando così il processo di saldatura. I cambiamenti hanno un impatto non trascurabile sull’implementazione del laser e dei relativi processi di saldatura dei compositi. Questi fenomeni caratteristici del processo di saldatura riflettono direttamente o indirettamente in una certa misura la stabilità del processo di saldatura e possono anche determinare la qualità della saldatura. L'effetto di accoppiamento delle due fonti di calore laser e arco può far sì che le due fonti di calore sfruttino appieno le proprie caratteristiche e ottengano effetti di saldatura migliori rispetto alla saldatura laser singola e alla saldatura ad arco. Rispetto al metodo di saldatura autogena laser, questo metodo di saldatura presenta i vantaggi di una forte adattabilità dello spazio e di un ampio spessore saldabile. Rispetto al metodo di saldatura con riempimento del filo laser a gap stretto di piastre spesse, presenta i vantaggi di un'elevata efficienza di fusione del filo e di un buon effetto di fusione della scanalatura. . Inoltre, l'attrazione del laser sull'arco migliora la stabilità dell'arco, rendendo la saldatura ibrida laser-arco più veloce rispetto alla saldatura ad arco tradizionale esaldatura laser a filo d'apporto, con efficienza di saldatura relativamente elevata.
03 Applicazione di saldatura ibrida laser-arco ad alta potenza
La tecnologia di saldatura ibrida laser-arco ad alta potenza è ampiamente utilizzata nel settore della costruzione navale. Il cantiere navale Meyer in Germania ha creato una linea di produzione di saldatura ibrida ad arco laser CO2 da 12 kW per la saldatura di piastre piane e rinforzi dello scafo per ottenere la formazione di saldature d'angolo lunghe 20 m in una sola passata e ridurre il grado di deformazione di 2/3. GE ha sviluppato un sistema di saldatura ibrido laser-arco in fibra con una potenza di uscita massima di 20 kW per saldare la portaerei USS Saratoga, risparmiando 800 tonnellate di metallo saldato e riducendo le ore di lavoro dell'80%, come mostrato nella Figura 3. CSSC 725 adotta un Sistema di saldatura ibrido laser-arco ad alta potenza con laser a fibra da 20 kW, che può ridurre la deformazione della saldatura del 60% e aumentare l'efficienza della saldatura del 300%. Il cantiere navale Shanghai Waigaoqiao utilizza un sistema di saldatura ibrido laser-arco ad alta potenza con laser a fibra da 16 kW. La linea di produzione adotta una nuova tecnologia di processo di saldatura ibrida laser + saldatura MAG per ottenere la saldatura a passaggio singolo su un lato e la formatura su due lati di piastre di acciaio di spessore 4-25 mm. La tecnologia di saldatura ibrida ad arco laser ad alta potenza è ampiamente utilizzata nei veicoli blindati. Le sue caratteristiche di saldatura sono: saldatura di strutture metalliche complesse di grande spessore, basso costo e produzione ad alta efficienza.
Figura 3. Portaerei USS Sara Toga
La tecnologia di saldatura ibrida laser-arco ad alta potenza è stata inizialmente applicata in alcuni campi industriali e diventerà un mezzo importante per la produzione efficiente di strutture di grandi dimensioni con spessori di parete medi e grandi. Allo stato attuale, mancano ricerche sui meccanismi di saldatura ibrida laser-arco ad alta potenza, che necessitano di essere ulteriormente rafforzati, come l’interazione tra fotoplasma e arco e l’interazione tra arco e bagno di fusione. Ci sono ancora molti problemi irrisolti nel processo di saldatura ibrida laser-arco ad alta potenza, come una finestra di processo ristretta, proprietà meccaniche non uniformi della struttura di saldatura e un complicato controllo della qualità della saldatura. Man mano che la potenza di uscita dei laser di livello industriale aumenta gradualmente, la tecnologia di saldatura ibrida laser-arco ad alta potenza si svilupperà rapidamente e una varietà di nuove tecnologie di saldatura ibrida laser continuerà ad emergere. La localizzazione, la diffusione su larga scala e l'intellighenzia saranno tendenze importanti nello sviluppo futuro di apparecchiature per la saldatura laser ad alta potenza.
Orario di pubblicazione: 24 aprile 2024
