יישום טכנולוגיית ריתוך היברידית לייזר-קשת בעוצמה גבוהה בתחומי מפתח שונים

01 פלטה עבה ריתוך היברידי בלייזר-קשת

ריתוך צלחת עבה (עובי ≥ 20 מ"מ) ממלא תפקיד מפתח בייצור ציוד גדול בתחומים חשובים כגון תעופה וחלל, ניווט ובניית ספינות, תחבורה רכבת וכו'. רכיבים אלו מאופיינים בדרך כלל בעובי גדול, צורות מפרקים מורכבות ושירות מורכב סביבות. לאיכות הריתוך יש השפעה ישירה על הביצועים וחיי הציוד. בשל מהירות הריתוך האיטית ובעיות התזות חמורות, שיטת הריתוך המסורתית ממוגן גז מתמודדת עם אתגרים כמו יעילות ריתוך נמוכה, צריכת אנרגיה גבוהה ומתח שיורי גדול, מה שמקשה לעמוד בדרישות הייצור ההולכות וגוברות. עם זאת, טכנולוגיית ריתוך היברידית בלייזר-קשת שונה מטכנולוגיית ריתוך מסורתית. זה משלב בהצלחה את היתרונות שלריתוך לייזרוריתוך קשת, ויש לו את המאפיינים של עומק חדירה גדול, מהירות ריתוך מהירה, יעילות גבוהה ואיכות ריתוך טובה יותר, כפי שמוצג באיור 1 הצג. לכן, טכנולוגיה זו משכה תשומת לב רחבה והחלה להיות מיושמת בכמה תחומים מרכזיים.

איור 1 עיקרון של ריתוך היברידי בלייזר-קשת

02מחקר על ריתוך היברידי בלייזר-קשת של לוחות עבים

המכון הנורבגי לטכנולוגיה תעשייתית ואוניברסיטת לולה בשוודיה חקרו את האחידות המבנית של חיבורים מרותכים מרוכבים מתחת ל-15kW עבור פלדה בעלת סגסוגת נמוכה בעובי 45 מ"מ. אוניברסיטת אוסקה והמכון המרכזי למחקר מתכות במצרים השתמשו בלייזר סיבים בעוצמה של 20 קילוואט כדי לבצע מחקר על תהליך ריתוך לייזר-קשת היברידי במעבר יחיד של לוחות עבים (25 מ"מ), תוך שימוש בציפוי תחתון כדי לפתור את בעיית הדבשת התחתונה. חברת הטכנולוגיה הדנית Force Technology השתמשה בשני לייזרים דיסקים של 16 קילוואט בסדרה כדי לבצע מחקר על ריתוך היברידי של לוחות פלדה בעובי 40 מ"מ ב-32 קילוואט, מה שמצביע על כך שריתוך לייזר-קשת בעוצמה גבוהה צפוי לשמש בריתוך בסיס מגדלי כוח רוח בים. , כפי שמוצג באיור 2. Harbin Welding Co., Ltd היא הראשונה בארץ ששולטת בטכנולוגיית הליבה וטכנולוגיית שילוב הציוד של ריתוך מקור חום היברידי בלייזר מוצק מתכת לייזר. זו הפעם הראשונה שמצליחה ליישם טכנולוגיית ריתוך היברידי וציוד לריתוך היברידית של לייזר מוצק-כפול-חוטי תיל על ציוד מתקדם במדינה שלי. ייצור.

איור 2. דיאגרמת פריסת התקנת לייזר

על פי סטטוס המחקר הנוכחי של ריתוך היברידית בלייזר-קשת של לוחות עבים בבית ובחו"ל, ניתן לראות כי השילוב של שיטת ריתוך היברידית לייזר-קשת וחריץ מרווח צר יכול להשיג ריתוך של לוחות עבים. כאשר עוצמת הלייזר עולה ליותר מ-10,000 וואט, תחת הקרנה של לייזר בעל אנרגיה גבוהה, התנהגות האידוי של החומר, תהליך האינטראקציה בין לייזר לפלזמה, המצב היציב של זרימת הבריכה המותכת, מנגנון העברת החום, וכן ההתנהגות המתכתית של הריתוך שינויים יתרחשו בדרגות שונות. ככל שההספק גדל ליותר מ-10,000 וואט, העלייה בצפיפות ההספק תגביר את מידת האידוי באזור הסמוך לחור הקטן, וכוח הרתיעה ישפיע ישירות על יציבות החור הקטן ועל זרימת הבריכה המותכת. ובכך להשפיע על תהליך הריתוך. לשינויים השפעה לא מבוטלת על יישום הלייזר ותהליכי הריתוך המרוכבים שלו. תופעות אופייניות אלו בתהליך הריתוך משקפות במישרין או בעקיפין את יציבות תהליך הריתוך במידה מסוימת, ואף יכולות לקבוע את איכות הריתוך. אפקט הצימוד של שני מקורות החום של לייזר וקשת יכול לגרום לשני מקורות החום לתת משחק מלא למאפיינים שלהם ולהשיג השפעות ריתוך טובות יותר מאשר ריתוך לייזר יחיד וריתוך קשת. בהשוואה לשיטת הריתוך האוטוגני בלייזר, לשיטת ריתוך זו יש את היתרונות של הסתגלות חזקה לפערים ועובי גדול שניתן לריתוך. בהשוואה לשיטת ריתוך מילוי חוטי לייזר בפער צר של צלחות עבות, יש לה יתרונות של יעילות גבוהה של התכת חוטים ואפקט היתוך חריץ טוב. . בנוסף, המשיכה של הלייזר לקשת משפרת את יציבות הקשת, מה שהופך ריתוך היברידית לייזר-קשת למהיר יותר מאשר ריתוך קשת מסורתי.ריתוך תיל מילוי בלייזר, עם יעילות ריתוך גבוהה יחסית.

03 יישום ריתוך היברידי בלייזר-קשת בעוצמה גבוהה

טכנולוגיית ריתוך היברידית לייזר-קשת בעוצמה גבוהה נמצאת בשימוש נרחב בתעשיית בניית הספינות. מספנת מאיר בגרמניה הקימה קו ייצור ריתוך היברידי בלייזר-קשת CO2 של 12kW לריתוך לוחות שטוחים ומקשיחים בגוף כדי להשיג היווצרות של ריתוך פילה באורך 20 מ' במכה אחת ולהפחית את מידת העיוות ב-2/3. GE פיתחה מערכת ריתוך היברידית לייזר-קשת סיבים עם הספק מרבי של 20kW כדי לרתך את נושאת המטוסים USS Saratoga, חיסכון של 800 טון של מתכת ריתוך והפחתת שעות עבודה ב-80%, כפי שמוצג באיור 3. CSSC 725 מאמץ מערכת ריתוך היברידית לייזר-קשת בעוצמה גבוהה של סיבי 20kW, שיכולה להפחית את עיוות הריתוך ב-60% ולהגדיל את יעילות הריתוך ב-300%. מספנת שנגחאי Waigaoqiao משתמשת במערכת ריתוך היברידית לייזר-קשת בעוצמה גבוהה של סיבי 16kW. קו הייצור מאמץ טכנולוגיית תהליך חדשה של ריתוך היברידי בלייזר + ריתוך MAG כדי להשיג ריתוך חד-צדדי ויצירה דו-צדדית של לוחות פלדה בעובי 4-25 מ"מ. טכנולוגיית ריתוך היברידית בלייזר-קשת בעוצמה גבוהה נמצאת בשימוש נרחב בכלי רכב משוריינים. מאפייני הריתוך שלו הם: ריתוך של מבני מתכת מורכבים בעובי גדול, עלות נמוכה וייצור ביעילות גבוהה.

איור 3. נושאת מטוסים USS Sara Toga

טכנולוגיית ריתוך היברידית לייזר-קשת בעוצמה גבוהה יושמה בתחילה בכמה תחומים תעשייתיים ותהפוך לאמצעי חשוב לייצור יעיל של מבנים גדולים בעלי עובי דופן בינוני וגדול. נכון להיום, קיים חוסר במחקר על מנגנון ריתוך היברידית לייזר-קשת בעוצמה גבוהה, אשר יש צורך לחזק אותו עוד יותר, כגון האינטראקציה בין פוטופלזמה לקשת והאינטראקציה בין קשת לבריכה מותכת. יש עדיין הרבה בעיות בלתי פתורות בתהליך הריתוך ההיברידית בלייזר-קשת בעוצמה גבוהה, כגון חלון תהליך צר, תכונות מכניות לא אחידות של מבנה הריתוך ובקרת איכות ריתוך מסובכת. ככל שעוצמת המוצא של לייזרים בדרגה תעשייתית עולה בהדרגה, טכנולוגיית ריתוך היברידית לייזר-קשת בעוצמה גבוהה תתפתח במהירות, ומגוון טכנולוגיות ריתוך היברידיות בלייזר ימשיכו להופיע. לוקליזציה, קנה מידה גדול ואינטליגנציה יהיו מגמות חשובות בפיתוח ציוד ריתוך לייזר בעל הספק גבוה בעתיד.