کاربرد تکنولوژی جوشکاری هیبریدی قوس لیزری با توان بالا در زمینه های مختلف کلیدی

01 جوش هیبریدی قوس لیزری صفحه ضخیم

جوشکاری صفحه ضخیم (ضخامت ≥ 20 میلی متر) نقش کلیدی در ساخت تجهیزات بزرگ در زمینه های مهمی مانند هوافضا، ناوبری و کشتی سازی، حمل و نقل ریلی و غیره ایفا می کند. محیط ها کیفیت جوش تاثیر مستقیمی بر عملکرد و عمر تجهیزات دارد. با توجه به سرعت جوش آهسته و مشکلات جدی پاشش، روش سنتی جوشکاری محافظ گاز با چالش هایی مانند راندمان جوش پایین، مصرف انرژی بالا و تنش پسماند زیاد مواجه است که برآوردن نیازهای روزافزون تولید را دشوار می کند. با این حال، تکنولوژی جوشکاری هیبریدی قوس لیزری با تکنولوژی جوشکاری سنتی متفاوت است. با موفقیت ترکیبی از مزایای استفاده ازجوش لیزریو جوش قوس الکتریکی، و دارای ویژگی های عمق نفوذ زیاد، سرعت جوش سریع، راندمان بالا و کیفیت جوش بهتر است، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است. بنابراین، این فناوری توجه گسترده ای را به خود جلب کرده است و در برخی از زمینه های کلیدی به کار گرفته شده است.

شکل 1 اصل جوشکاری هیبریدی قوس لیزری

02 تحقیق در مورد جوشکاری هیبریدی قوس لیزری صفحات ضخیم

موسسه فناوری صنعتی نروژ و دانشگاه فناوری Lule در سوئد یکنواختی ساختاری اتصالات جوشی کامپوزیت را زیر 15 کیلو وات برای فولادهای کم آلیاژ ریز آلیاژی با ضخامت 45 میلی‌متر مورد مطالعه قرار دادند. دانشگاه اوزاکا و موسسه تحقیقات متالورژی مرکزی مصر از یک لیزر فیبر 20 کیلوواتی برای انجام تحقیقات روی فرآیند جوشکاری هیبریدی لیزری-قوسی تک گذری صفحات ضخیم (25 میلی متر) استفاده کردند که با استفاده از یک لایه زیرین مشکل قوز پایین را حل کرد. شرکت فناوری نیروی دانمارکی از دو لیزر دیسکی 16 کیلوواتی به صورت سری برای انجام تحقیقاتی در مورد جوشکاری هیبریدی صفحات فولادی با ضخامت 40 میلی‌متر با توان 32 کیلووات استفاده کرد که نشان می‌دهد انتظار می‌رود از جوشکاری قوس لیزری پرقدرت در جوشکاری پایه برج‌های بادی دریایی استفاده شود. همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است. Harbin Welding Co., Ltd. اولین شرکتی در کشور است که بر فناوری هسته و فناوری یکپارچه سازی تجهیزات جوشکاری منبع حرارتی هیبریدی الکترود ذوب لیزری جامد با قدرت بالا تسلط دارد. این اولین باری است که با موفقیت از تکنولوژی و تجهیزات جوشکاری هیبریدی الکترود ذوب لیزری جامد دو سیم با توان بالا برای تجهیزات پیشرفته در کشور من استفاده می کنم. تولید

شکل 2. نمودار طرح نصب لیزر

با توجه به وضعیت تحقیقاتی فعلی جوشکاری هیبریدی قوس لیزری صفحات ضخیم در داخل و خارج از کشور، مشاهده می شود که ترکیب روش جوشکاری هیبریدی قوس لیزری و شیار شکاف باریک می تواند به جوشکاری صفحات ضخیم دست یابد. هنگامی که توان لیزر به بیش از 10000 وات افزایش می یابد، تحت تابش لیزر پرانرژی، رفتار تبخیر مواد، فرآیند تعامل بین لیزر و پلاسما، وضعیت پایدار جریان حوضچه مذاب، مکانیسم انتقال حرارت و رفتار متالورژیکی جوش تغییرات به درجات مختلفی رخ خواهد داد. با افزایش توان به بیش از 10000 وات، افزایش چگالی توان درجه تبخیر در ناحیه نزدیک سوراخ کوچک را تشدید می‌کند و نیروی پس‌زدگی مستقیماً بر پایداری سوراخ کوچک و جریان حوضچه مذاب تأثیر می‌گذارد. در نتیجه فرآیند جوشکاری را تحت تاثیر قرار می دهد. تغییرات تاثیری غیر قابل اغماض بر اجرای لیزر و فرآیندهای جوشکاری مرکب آن دارد. این پدیده های مشخصه در فرآیند جوشکاری به طور مستقیم یا غیرمستقیم پایداری فرآیند جوشکاری را تا حدودی نشان می دهد و حتی می تواند کیفیت جوش را تعیین کند. اثر جفت شدن دو منبع حرارتی لیزر و قوس می‌تواند باعث شود که دو منبع حرارتی ویژگی‌های خود را کاملاً بازی کنند و اثرات جوشکاری بهتری نسبت به جوشکاری لیزری و قوس الکتریکی داشته باشند. در مقایسه با روش جوشکاری خودزا با لیزر، این روش جوشکاری دارای مزایای سازگاری با شکاف قوی و ضخامت قابل جوش زیاد است. در مقایسه با روش جوشکاری سیم لیزری با شکاف باریک در صفحات ضخیم، دارای مزایای راندمان ذوب سیم بالا و اثر همجوشی شیار خوب است. . علاوه بر این، جذب لیزر به قوس، پایداری قوس را افزایش می‌دهد و باعث می‌شود که جوشکاری هیبریدی با قوس لیزری سریع‌تر از جوشکاری قوس الکتریکی سنتی باشد.جوش سیم پرکننده لیزری، با راندمان جوشکاری نسبتاً بالا.

03 کاربرد جوشکاری هیبریدی قوس لیزری با قدرت بالا

فناوری جوشکاری هیبریدی قوس لیزری با قدرت بالا به طور گسترده در صنعت کشتی سازی استفاده می شود. کشتی سازی Meyer در آلمان یک خط تولید جوشکاری هیبریدی قوس لیزری 12 کیلووات CO2 برای جوشکاری صفحات صاف بدنه و سفت کننده ها ایجاد کرده است تا به شکل گیری جوش های فیله ای به طول 20 متر در یک حرکت دست یابد و درجه تغییر شکل را تا 2/3 کاهش دهد. جنرال الکتریک یک سیستم جوشکاری هیبریدی قوس لیزری فیبر با حداکثر توان خروجی 20 کیلووات را برای جوش دادن ناو هواپیمابر USS Saratoga ایجاد کرد که باعث صرفه جویی 800 تن فلز جوش و کاهش 80 درصدی ساعت کار انسانی می شود، همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است. CSSC 725 سیستم جوشکاری هیبریدی قوس الکتریکی لیزری فیبر 20 کیلو وات، که می تواند تغییر شکل جوش را تا 60٪ کاهش دهد و راندمان جوش را تا 300٪ افزایش دهد. کشتی‌سازی شانگهای Waigaoqiao از یک سیستم جوشکاری هیبریدی قوس لیزری با قدرت بالا با لیزر فیبر 16 کیلوواتی استفاده می‌کند. خط تولید از فناوری فرآیند جدید جوشکاری هیبریدی لیزری + جوش MAG برای دستیابی به جوشکاری تک پاس یک طرفه و شکل دهی دو طرفه صفحات فولادی با ضخامت 4-25 میلی متر استفاده می کند. فناوری جوشکاری هیبریدی قوس لیزری با قدرت بالا به طور گسترده در خودروهای زرهی استفاده می شود. ویژگی های جوشکاری آن عبارتند از: جوش سازه های فلزی پیچیده با ضخامت زیاد، هزینه کم و ساخت با راندمان بالا.

شکل 3. ناو هواپیمابر USS Sara Toga

فناوری جوشکاری هیبریدی قوس لیزری پرقدرت در ابتدا در برخی زمینه های صنعتی به کار گرفته شده است و به وسیله ای مهم برای ساخت کارآمد سازه های بزرگ با ضخامت دیواره های متوسط ​​و بزرگ تبدیل خواهد شد. در حال حاضر، تحقیقات زیادی در مورد مکانیسم جوشکاری هیبریدی قوس لیزری پرقدرت وجود ندارد، که نیاز به تقویت بیشتر دارد، مانند برهمکنش بین فوتوپلاسما و قوس و برهمکنش بین قوس و حوضچه مذاب. هنوز بسیاری از مشکلات حل نشده در فرآیند جوشکاری هیبریدی قوس لیزری پرقدرت وجود دارد، مانند پنجره باریک فرآیند، خواص مکانیکی ناهموار ساختار جوش، و کنترل کیفیت پیچیده جوش. همانطور که قدرت خروجی لیزرهای صنعتی به تدریج افزایش می یابد، فناوری جوشکاری هیبریدی قوس لیزری پرقدرت به سرعت توسعه می یابد و انواع فناوری های جدید جوشکاری هیبریدی لیزری به ظهور خواهند رسید. محلی سازی، مقیاس بزرگ و هوشمندسازی روندهای مهمی در توسعه تجهیزات جوش لیزری پرقدرت در آینده خواهد بود.