01 Dickblech-Laser-Lichtbogen-Hybridschweißen
Das Schweißen dicker Bleche (Dicke ≥ 20 mm) spielt eine Schlüsselrolle bei der Herstellung großer Geräte in wichtigen Bereichen wie Luft- und Raumfahrt, Navigation und Schiffbau, Schienenverkehr usw. Diese Komponenten zeichnen sich normalerweise durch große Dicke, komplexe Verbindungsformen und komplexe Wartung aus Umgebungen. Die Schweißqualität hat einen direkten Einfluss auf die Leistung und Lebensdauer der Ausrüstung. Aufgrund der langsamen Schweißgeschwindigkeit und der schwerwiegenden Spritzerprobleme steht das herkömmliche Schutzgasschweißverfahren vor Herausforderungen wie geringer Schweißeffizienz, hohem Energieverbrauch und großer Eigenspannung, was es schwierig macht, die ständig steigenden Fertigungsanforderungen zu erfüllen. Allerdings unterscheidet sich die Laser-Lichtbogen-Hybridschweißtechnik von der herkömmlichen Schweißtechnik. Es vereint erfolgreich die Vorteile vonLaserschweißenund Lichtbogenschweißen und zeichnet sich durch große Eindringtiefe, schnelle Schweißgeschwindigkeit, hohe Effizienz und bessere Schweißqualität aus, wie in Abbildung 1 gezeigt. Daher hat diese Technologie große Aufmerksamkeit erregt und in einigen Schlüsselbereichen mit der Anwendung begonnen.
Abbildung 1 Prinzip des Laser-Lichtbogen-Hybridschweißens
02Forschung zum Laser-Lichtbogen-Hybridschweißen dicker Bleche
Das Norwegische Institut für Industrietechnologie und die Technische Universität Lule in Schweden untersuchten die strukturelle Gleichmäßigkeit von Verbundschweißverbindungen unter 15 kW für 45 mm dicken mikrolegierten hochfesten niedriglegierten Stahl. Die Universität Osaka und das zentrale metallurgische Forschungsinstitut Ägyptens nutzten einen 20-kW-Faserlaser, um Forschungen zum Single-Pass-Laser-Lichtbogen-Hybridschweißverfahren von dicken Blechen (25 mm) durchzuführen und dabei eine Bodenauskleidung zu verwenden, um das Problem des unteren Buckels zu lösen. Das dänische Unternehmen Force Technology nutzte zwei 16-kW-Scheibenlaser in Reihe, um Untersuchungen zum Hybridschweißen von 40 mm dicken Stahlplatten mit 32 kW durchzuführen, was darauf hindeutet, dass Hochleistungs-Laserlichtbogenschweißen voraussichtlich beim Sockelschweißen von Offshore-Windkrafttürmen zum Einsatz kommen wird , wie in Abbildung 2 dargestellt. Harbin Welding Co., Ltd. ist das erste Unternehmen im Land, das die Kerntechnologie und Geräteintegrationstechnologie des Hochleistungs-Lichtbogen-Hybrid-Wärmequellenschweißens mit festem Laser und schmelzender Elektrode beherrscht. Es ist das erste Mal, dass in meinem Land die Hochleistungs-Festkörperlaser-Zweidraht-Schmelzelektroden-Lichtbogen-Hybridschweißtechnologie und -ausrüstung erfolgreich auf High-End-Geräte angewendet wird. Herstellung.
Abbildung 2. Layoutdiagramm der Laserinstallation
Nach dem aktuellen Forschungsstand zum Laser-Lichtbogen-Hybridschweißen dicker Bleche im In- und Ausland zeigt sich, dass durch die Kombination von Laser-Lichtbogen-Hybridschweißverfahren und schmaler Spaltnut das Schweißen dicker Bleche erreicht werden kann. Wenn die Laserleistung auf mehr als 10.000 Watt ansteigt, verändern sich unter der Bestrahlung mit einem hochenergetischen Laser das Verdampfungsverhalten des Materials, der Wechselwirkungsprozess zwischen Laser und Plasma, der stabile Zustand des Schmelzbadflusses, der Wärmeübertragungsmechanismus usw Das metallurgische Verhalten der Schweißnaht wird sich in unterschiedlichem Ausmaß ändern. Wenn die Leistung auf mehr als 10.000 Watt ansteigt, wird die Erhöhung der Leistungsdichte den Verdampfungsgrad im Bereich in der Nähe des kleinen Lochs intensivieren, und die Rückstoßkraft wirkt sich direkt auf die Stabilität des kleinen Lochs und den Fluss des geschmolzenen Pools aus. Dadurch wird der Schweißprozess beeinträchtigt. Die Änderungen haben nicht zu vernachlässigende Auswirkungen auf die Umsetzung des Lasers und seiner Verbundschweißverfahren. Diese charakteristischen Phänomene im Schweißprozess spiegeln direkt oder indirekt teilweise die Stabilität des Schweißprozesses wider und können sogar die Qualität der Schweißung bestimmen. Durch den Kopplungseffekt der beiden Wärmequellen Laser und Lichtbogen können die beiden Wärmequellen ihre eigenen Eigenschaften voll zur Geltung bringen und bessere Schweißeffekte erzielen als beim Einzellaserschweißen und Lichtbogenschweißen. Im Vergleich zum Laser-Autogenschweißverfahren bietet dieses Schweißverfahren die Vorteile einer starken Spaltanpassungsfähigkeit und einer großen schweißbaren Dicke. Im Vergleich zum Laserdrahtfüllschweißverfahren mit schmalem Spalt für dicke Platten bietet es die Vorteile einer hohen Drahtschmelzeffizienz und eines guten Rillenschmelzeffekts. . Darüber hinaus erhöht die Anziehungskraft des Lasers auf den Lichtbogen die Stabilität des Lichtbogens, sodass das Laser-Lichtbogen-Hybridschweißen schneller ist als das herkömmliche LichtbogenschweißenLaser-Fülldrahtschweißen, mit relativ hoher Schweißeffizienz.
03 Hochleistungs-Laser-Lichtbogen-Hybridschweißanwendung
Die Hochleistungs-Laser-Lichtbogen-Hybridschweißtechnik ist im Schiffbau weit verbreitet. Die Meyer Werft in Deutschland hat eine 12-kW-CO2-Laser-Lichtbogen-Hybridschweiß-Produktionslinie zum Schweißen von Rumpfflachplatten und -versteifungen eingerichtet, um die Bildung von 20 m langen Kehlnähten in einem Arbeitsgang zu erreichen und den Verformungsgrad um 2/3 zu reduzieren. GE hat ein Faserlaser-Lichtbogen-Hybridschweißsystem mit einer maximalen Ausgangsleistung von 20 kW entwickelt, um den Flugzeugträger USS Saratoga zu schweißen. Dadurch wurden 800 Tonnen Schweißgut eingespart und die Arbeitsstunden um 80 % reduziert, wie in Abbildung 3 dargestellt. CSSC 725 übernimmt a 20-kW-Faserlaser-Hochleistungs-Laser-Lichtbogen-Hybridschweißsystem, das die Schweißverformung um 60 % reduzieren und die Schweißeffizienz um 300 % steigern kann. Die Shanghai Waigaoqiao Shipyard nutzt ein 16-kW-Faserlaser-Hochleistungs-Laser-Lichtbogen-Hybridschweißsystem. Die Produktionslinie nutzt eine neue Prozesstechnologie aus Laser-Hybridschweißen und MAG-Schweißen, um einseitiges Single-Pass-Schweißen und doppelseitiges Formen von 4–25 mm dicken Stahlplatten zu erreichen. Die Hochleistungs-Laser-Lichtbogen-Hybridschweißtechnologie wird häufig in gepanzerten Fahrzeugen eingesetzt. Seine Schweißeigenschaften sind: Schweißen von komplexen Metallstrukturen mit großer Dicke, niedrige Kosten und hocheffiziente Fertigung.
Abbildung 3. Flugzeugträger USS Sara Toga
Die Hochleistungs-Laser-Lichtbogen-Hybridschweißtechnik wurde zunächst in einigen Industriebereichen eingesetzt und wird sich zu einem wichtigen Mittel für die effiziente Herstellung großer Strukturen mit mittleren und großen Wandstärken entwickeln. Derzeit mangelt es an Untersuchungen zum Mechanismus des Hochleistungslaser-Lichtbogen-Hybridschweißens, der weiter gestärkt werden muss, beispielsweise zur Wechselwirkung zwischen Photoplasma und Lichtbogen sowie zur Wechselwirkung zwischen Lichtbogen und Schmelzbad. Beim Hochleistungslaser-Lichtbogen-Hybridschweißverfahren gibt es noch viele ungelöste Probleme, wie z. B. ein enges Prozessfenster, ungleichmäßige mechanische Eigenschaften der Schweißstruktur und eine komplizierte Schweißqualitätskontrolle. Da die Ausgangsleistung von Lasern in Industriequalität allmählich zunimmt, wird sich die Hochleistungs-Laser-Lichtbogen-Hybridschweißtechnologie rasant weiterentwickeln und es wird weiterhin eine Vielzahl neuer Laser-Hybridschweißtechnologien entstehen. Lokalisierung, Großmaßstab und Intelligenz werden in Zukunft wichtige Trends bei der Entwicklung von Hochleistungs-Laserschweißgeräten sein.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 24. April 2024
