01 Soldadura híbrida por arco láser de placa gruesa
La soldadura de placas gruesas (espesor ≥ 20 mm) desempeña un papel clave en la fabricación de equipos grandes en campos importantes como el aeroespacial, la navegación y la construcción naval, el transporte ferroviario, etc. Estos componentes generalmente se caracterizan por un gran espesor, formas de unión complejas y un servicio complejo. ambientes. La calidad de la soldadura tiene un impacto directo en el rendimiento y la vida útil del equipo. Debido a la baja velocidad de soldadura y los graves problemas de salpicaduras, el método tradicional de soldadura con protección de gas enfrenta desafíos como una baja eficiencia de soldadura, un alto consumo de energía y una gran tensión residual, lo que dificulta cumplir con los requisitos de fabricación cada vez mayores. Sin embargo, la tecnología de soldadura híbrida por arco láser es diferente de la tecnología de soldadura tradicional. Combina con éxito las ventajas desoldadura lásery soldadura por arco, y tiene las características de gran profundidad de penetración, velocidad de soldadura rápida, alta eficiencia y mejor calidad de soldadura, como se muestra en la Figura 1. Por lo tanto, esta tecnología ha atraído una atención generalizada y ha comenzado a aplicarse en algunas áreas clave.
Figura 1 Principio de la soldadura híbrida por arco láser
02Investigación sobre soldadura híbrida por arco láser de chapas gruesas
El Instituto Noruego de Tecnología Industrial y la Universidad Tecnológica de Lule en Suecia estudiaron la uniformidad estructural de uniones soldadas compuestas de menos de 15 kW para acero de baja aleación, alta resistencia y microaleación de 45 mm de espesor. La Universidad de Osaka y el Instituto Central de Investigación Metalúrgica de Egipto utilizaron un láser de fibra de 20 kW para realizar investigaciones sobre el proceso de soldadura híbrida de arco láser de una sola pasada de placas gruesas (25 mm), utilizando un revestimiento inferior para resolver el problema de la joroba inferior. La Danish Force Technology Company utilizó dos láseres de disco de 16 kW en serie para realizar una investigación sobre la soldadura híbrida de placas de acero de 40 mm de espesor a 32 kW, lo que indica que se espera que la soldadura por arco láser de alta potencia se utilice en la soldadura de bases de torres de energía eólica marina. , como se muestra en la Figura 2. Harbin Welding Co., Ltd. es la primera en el país en dominar la tecnología central y la tecnología de integración de equipos de soldadura con fuente de calor híbrida por arco de electrodo de fusión por láser sólido de alta potencia. Es la primera vez que se aplica con éxito tecnología y equipos de soldadura híbrida por arco con electrodo de fusión de doble alambre y láser sólido de alta potencia a equipos de alta gama en mi país. fabricación.
Figura 2. Diagrama de diseño de instalación del láser
De acuerdo con el estado actual de la investigación sobre la soldadura híbrida por arco láser de placas gruesas en el país y en el extranjero, se puede ver que la combinación del método de soldadura híbrida por arco láser y la ranura de espacio estrecho puede lograr la soldadura de placas gruesas. Cuando la potencia del láser aumenta a más de 10.000 vatios, bajo la irradiación de un láser de alta energía, el comportamiento de vaporización del material, el proceso de interacción entre el láser y el plasma, el estado estable del flujo del charco fundido, el mecanismo de transferencia de calor y El comportamiento metalúrgico de la soldadura se producirán cambios en diversos grados. A medida que la potencia aumenta a más de 10,000 vatios, el aumento en la densidad de potencia intensificará el grado de vaporización en el área cercana al pequeño agujero, y la fuerza de retroceso afectará directamente la estabilidad del pequeño agujero y el flujo del charco fundido. afectando así el proceso de soldadura. Los cambios tienen un impacto no despreciable en la implementación del láser y sus procesos de soldadura de compuestos. Estos fenómenos característicos en el proceso de soldadura reflejan directa o indirectamente la estabilidad del proceso de soldadura en cierta medida, e incluso pueden determinar la calidad de la soldadura. El efecto de acoplamiento de las dos fuentes de calor de láser y arco puede hacer que las dos fuentes de calor aprovechen al máximo sus propias características y obtengan mejores efectos de soldadura que la soldadura por láser único y la soldadura por arco. En comparación con el método de soldadura autógena con láser, este método de soldadura tiene las ventajas de una gran adaptabilidad de espacios y un gran espesor soldable. En comparación con el método de soldadura por llenado de alambre con láser de espacio estrecho para placas gruesas, tiene las ventajas de una alta eficiencia de fusión del alambre y un buen efecto de fusión de ranura. . Además, la atracción del láser hacia el arco mejora la estabilidad del arco, lo que hace que la soldadura híbrida por arco láser sea más rápida que la soldadura por arco tradicional ysoldadura de alambre de relleno por láser, con una eficiencia de soldadura relativamente alta.
03 Aplicación de soldadura híbrida por arco láser de alta potencia
La tecnología de soldadura híbrida por arco láser de alta potencia se utiliza ampliamente en la industria de la construcción naval. Meyer Shipyard en Alemania ha establecido una línea de producción de soldadura híbrida por arco láser de CO2 de 12 kW para soldar placas planas y refuerzos del casco para lograr la formación de soldaduras de filete de 20 m de largo de una sola vez y reducir el grado de deformación en 2/3. GE desarrolló un sistema de soldadura híbrido de arco láser de fibra con una potencia de salida máxima de 20 kW para soldar el portaaviones USS Saratoga, ahorrando 800 toneladas de metal de soldadura y reduciendo las horas de trabajo en un 80 %, como se muestra en la Figura 3. CSSC 725 adopta un Sistema de soldadura híbrido por arco láser de alta potencia con láser de fibra de 20 kW, que puede reducir la deformación de la soldadura en un 60 % y aumentar la eficiencia de la soldadura en un 300 %. El astillero Shanghai Waigaoqiao utiliza un sistema de soldadura híbrido de arco láser de alta potencia con láser de fibra de 16 kW. La línea de producción adopta una nueva tecnología de proceso de soldadura híbrida láser + soldadura MAG para lograr soldadura de un solo paso y conformado de doble cara de placas de acero de 4-25 mm de espesor. La tecnología de soldadura híbrida de arco láser de alta potencia se utiliza ampliamente en vehículos blindados. Sus características de soldadura son: soldadura de estructuras metálicas complejas de gran espesor, bajo costo y alta eficiencia de fabricación.
Figura 3. Portaaviones USS Sara Toga
La tecnología de soldadura híbrida por arco láser de alta potencia se ha aplicado inicialmente en algunos campos industriales y se convertirá en un medio importante para la fabricación eficiente de grandes estructuras con espesores de pared medianos y grandes. En la actualidad, falta investigación sobre el mecanismo de la soldadura híbrida por arco láser de alta potencia, que debe fortalecerse aún más, como la interacción entre el fotoplasma y el arco y la interacción entre el arco y el baño fundido. Todavía quedan muchos problemas sin resolver en el proceso de soldadura híbrida por arco láser de alta potencia, como una ventana de proceso estrecha, propiedades mecánicas desiguales de la estructura de soldadura y un control de calidad de soldadura complicado. A medida que la potencia de salida de los láseres de grado industrial aumenta gradualmente, la tecnología de soldadura híbrida por arco láser de alta potencia se desarrollará rápidamente y seguirá surgiendo una variedad de nuevas tecnologías de soldadura híbrida por láser. La localización, la gran escala y la inteligencia serán tendencias importantes en el desarrollo de equipos de soldadura láser de alta potencia en el futuro.
Hora de publicación: 24 de abril de 2024
