01 Soldadura híbrida láser-arco de placas gruesas
La soldadura de placas gruesas (espesor ≥ 20 mm) desempeña un papel clave en la fabricación de equipos de gran tamaño en campos importantes como la industria aeroespacial, la navegación y la construcción naval, el transporte ferroviario, etc. Estos componentes suelen caracterizarse por su gran espesor, formas de unión complejas y entornos de servicio complejos. 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 a los graves problemas de salpicaduras, el método tradicional de soldadura con protección de gas se enfrenta a desafíos como la baja eficiencia de soldadura, el alto consumo de energía y las grandes tensiones residuales, lo que dificulta el cumplimiento de los requisitos de fabricación cada vez mayores. Sin embargo, la tecnología de soldadura híbrida láser-arco es diferente de la tecnología de soldadura tradicional. Combina con éxito las ventajas desoldadura láserLa soldadura por arco presenta características como una gran profundidad de penetración, alta velocidad de soldadura, alta eficiencia y mejor calidad de soldadura, como se muestra en la Figura 1. Por lo tanto, esta tecnología ha atraído una gran atención y ha comenzado a aplicarse en algunas áreas clave.
Figura 1. Principio de la soldadura híbrida láser-arco.
02Investigación sobre la soldadura híbrida láser-arco de placas gruesas
El Instituto Noruego de Tecnología Industrial y la Universidad Tecnológica de Lule en Suecia estudiaron la uniformidad estructural de las uniones soldadas compuestas a 15 kW para acero de baja aleación de alta resistencia microaleado 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 una investigación sobre el proceso de soldadura híbrida láser-arco de una sola pasada de placas gruesas (25 mm), utilizando un revestimiento inferior para resolver el problema de la joroba inferior. La empresa danesa 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 láser-arco de alta potencia se utilice en la soldadura de la base de las 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 la soldadura híbrida de fuente de calor de arco de electrodo de fusión láser sólido de alta potencia. Es la primera vez que se aplica con éxito la tecnología y el equipo de soldadura híbrida por arco con electrodo de fusión de doble hilo y láser sólido de alta potencia a la fabricación de equipos de alta gama en mi país.
Figura 2. Diagrama de disposición de la instalación láser
Según el estado actual de la investigación sobre la soldadura híbrida láser-arco de placas gruesas a nivel nacional e internacional, se observa que la combinación del método de soldadura híbrida láser-arco con ranura de separación estrecha permite soldar placas gruesas. Al aumentar la potencia del láser a más de 10 000 vatios, bajo la irradiación de un láser de alta energía, se producen cambios variables en el comportamiento de vaporización del material, el proceso de interacción entre el láser y el plasma, el estado estable del flujo del baño de fusión, el mecanismo de transferencia de calor y el comportamiento metalúrgico de la soldadura. A medida que la potencia supera los 10 000 vatios, el aumento de la densidad de potencia intensifica la vaporización en la zona cercana al orificio pequeño, y la fuerza de retroceso afecta directamente la estabilidad del orificio y el flujo del baño de fusión, lo que repercute en el proceso de soldadura. Estos cambios tienen un impacto significativo en la aplicación de la soldadura láser y sus procesos de soldadura combinados. Estos fenómenos característicos en el proceso de soldadura reflejan directa o indirectamente la estabilidad del proceso de soldadura hasta cierto punto, e incluso pueden determinar la calidad de la soldadura. El efecto de acoplamiento de las dos fuentes de calor del láser y el arco puede hacer que las dos fuentes de calor jueguen plenamente sus propias características y obtengan mejores efectos de soldadura que la soldadura láser y la soldadura por arco por separado. En comparación con el método de soldadura láser autógena, este método de soldadura tiene las ventajas de una fuerte adaptabilidad de la separación y un gran espesor soldable. En comparación con el método de soldadura láser de relleno de alambre de separación estrecha 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 láser-arco sea más rápida que la soldadura por arco tradicional.soldadura láser de alambre de relleno, con una eficiencia de soldadura relativamente alta.
03 Aplicación de soldadura híbrida láser-arco de alta potencia
La tecnología de soldadura híbrida láser-arco de alta potencia se utiliza ampliamente en la industria de la construcción naval. El astillero Meyer en Alemania ha establecido una línea de producción de soldadura híbrida láser-arco de CO2 de 12 kW para soldar planchas planas y refuerzos del casco para lograr la formación de soldaduras de filete de 20 m de longitud en una sola operación y reducir el grado de deformación en 2/3. GE desarrolló un sistema de soldadura híbrida láser-arco 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 híbrida láser-arco de alta potencia 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 híbrida láser-arco de alta potencia láser de fibra de 16 kW. La línea de producción emplea una nueva tecnología de soldadura híbrida láser + soldadura MAG para lograr soldadura unilateral en una sola pasada y conformado bilateral de placas de acero de 4 a 25 mm de espesor. La tecnología de soldadura híbrida láser-arco de alta potencia se utiliza ampliamente en vehículos blindados. Sus características de soldadura incluyen: 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 láser-arco 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. Actualmente, existe una falta de investigación sobre el mecanismo de la soldadura híbrida láser-arco de alta potencia, que requiere mayor profundización, como la interacción entre el fotoplasma y el arco, y la interacción entre el arco y el baño de fusión. Todavía existen muchos problemas sin resolver en el proceso de soldadura híbrida láser-arco de alta potencia, como un rango de operación estrecho, propiedades mecánicas desiguales de la estructura soldada y un control de calidad de soldadura complejo. A medida que la potencia de salida de los láseres de grado industrial aumenta gradualmente, la tecnología de soldadura híbrida láser-arco de alta potencia se desarrollará rápidamente y seguirán surgiendo diversas tecnologías nuevas de soldadura híbrida láser. La localización, la producción a gran escala y la inteligencia artificial serán tendencias importantes en el desarrollo de los equipos de soldadura láser de alta potencia en el futuro.
Fecha de publicación: 24 de abril de 2024
