فناوری‌های پیشرفته جوشکاری چیست؟

فناوری‌های پیشرفته جوشکاری چیست؟

(1) جوشکاری هیبریدی لیزر-قوس

فناوری پردازش پرتو پرانرژی به عنوان امیدوارکننده‌ترین فناوری پردازش در قرن بیست و یکم مورد ستایش قرار گرفته است، اعتقاد بر این است که "تغییرات انقلابی در فناوری پردازش مواد و تولید ایجاد می‌کند" و در حال حاضر سریع‌ترین رشد را دارد و بیشترین تحقیق در مورد آن انجام شده است.

توسعهتجهیزات جوشکاریبه سمت مقیاس بزرگ دو معنی دارد: یکی افزایش توان تجهیزات و دیگری بزرگ شدن قطعات جوش داده شده توسط تجهیزات. با توجه به سرمایه‌گذاری بالای یکباره در تجهیزات جوشکاری پیشرفته، به ویژه تجهیزات جوشکاری لیزری و جوشکاری پرتو الکترونی، افزایش توان، بهبود عمق نفوذ و پایداری فرآیند جوشکاری می‌تواند هزینه‌های جوشکاری را نسبتاً کاهش دهد و آن را برای صنعت قابل قبول کند. بنابراین، فناوری جوشکاری هیبریدی با محوریت لیزر توجه را به خود جلب کرده است. در واقع، جوشکاری هیبریدی لیزر-قوس در اوایل دهه 1970 پیشنهاد شد، اما کاربردهای صنعتی پایدار تنها در سال‌های اخیر پدیدار شده‌اند که عمدتاً از توسعه فناوری لیزر و تجهیزات جوشکاری قوسی، به ویژه بهبود توان لیزر و فناوری کنترل قوس، بهره می‌برند. هیبرید لیزر-قوس عمدتاً شامل ترکیب لیزر با قوس گاز بی‌اثر تنگستن (TIG)، قوس پلاسما و قوس فعال است. از طریق تعامل بین لیزر و قوس، می‌توان بر کاستی‌های هر روش جوشکاری غلبه کرد و در نتیجه یک اثر هیبریدی خوب ایجاد کرد.

جوشکاری هیبریدی لیزر-قوس به طور قابل توجهی راندمان جوشکاری را بهبود می‌بخشد، که عمدتاً بر اساس دو اثر است: اول، چگالی انرژی بالا منجر به سرعت جوشکاری بالاتر و کاهش اتلاف حرارت قطعه کار می‌شود؛ دوم، اثر برهم‌نهی برهم‌کنش بین دو منبع گرما. هنگام جوشکاری فولاد، پلاسمای لیزر قوس را تثبیت می‌کند؛ همزمان، قوس وارد سوراخ کلید حوضچه مذاب می‌شود و اتلاف انرژی را کاهش می‌دهد. ترکیب لیزر و TIG می‌تواند سرعت جوشکاری را به طور قابل توجهی افزایش دهد، حدود دو برابر جوشکاری TIG. سایش الکترود تنگستن نیز به میزان زیادی کاهش می‌یابد و عمر مفید آن را افزایش می‌دهد. زاویه شیار نیز می‌تواند به طور قابل توجهی کاهش یابد و سطح مقطع جوش مشابه جوشکاری لیزر است. در مقایسه با جوشکاری هیبریدی تک قوسی لیزر-قوس، جوشکاری هیبریدی دو قوسی لیزر-قوس می‌تواند ورودی حرارت جوشکاری را 25٪ کاهش داده و سرعت جوشکاری را حدود 30٪ افزایش دهد.

مزایای اصلی جوشکاری هیبریدی لیزر-قوس (یا قوس پلاسما) بهبود سرعت جوشکاری و عمق نفوذ است. به دلیل گرمایش قوس، دمای فلز افزایش می‌یابد، بازتاب فلز به لیزر کاهش می‌یابد و جذب انرژی نور افزایش می‌یابد. این روش بر روی جوشکاری لیزر CO₂ کم‌توان و همچنین جوشکاری لیزر CO₂ 12 کیلووات و لیزرهای YAG 2 کیلووات با انتقال فیبر نوری آزمایش شده است و پایه و اساس جوشکاری هیبریدی لیزر-قوس (یا قوس پلاسما) رباتیک را بنا نهاده است. در سال‌های اخیر، فناوری جوشکاری هیبریدی که از هیبرید لیزر-قوس متولد شده است، به توسعه قابل توجهی دست یافته است و کاربرد آن در قطعات پیچیده در هوافضا، نظامی و سایر بخش‌ها مورد توجه فزاینده‌ای قرار گرفته است. در حال حاضر، فناوری جوشکاری هیبریدی که پرتوهای پرانرژی را با قوس‌های مختلف ترکیب می‌کند، به یکی از نقاط داغ در زمینه جوشکاری پرتو پرانرژی تبدیل شده است.

(2) جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی

جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی (FSW) یک فناوری جوشکاری ثبت شده است که توسط موسسه جوشکاری (TWI) بریتانیا در اوایل دهه 1990 توسعه یافته است. این فناوری می‌تواند فلزات غیرآهنی را که جوشکاری آنها با روش‌های جوشکاری ذوبی دشوار است، جوشکاری کند.

جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی مزایایی مانند فرآیند اتصال ساده، دانه‌های ریز در اتصال جوش داده شده، عملکرد خوب در برابر خستگی، عملکرد کششی و خمشی، عدم نیاز به سیم جوش یا گازهای محافظ، عدم نیاز به نور قوس و تنش پسماند و تغییر شکل کم پس از جوشکاری دارد. این روش در صنعت هوافضای کشورهای توسعه یافته در اروپا و آمریکا به کار گرفته شده است و با موفقیت در جوشکاری مخازن تحت فشار جدار نازک آلیاژ آلومینیوم که در دماهای پایین کار می‌کنند، تکمیل اتصال لب به لب مستقیم جوش‌های طولی و اتصال لب به لب محیطی جوش‌های دایره‌ای استفاده شده است. این فناوری در طراحی سازه جدید وسایل نقلیه جدید به کار گرفته شده و در هوافضا، حمل و نقل، خودروسازی و سایر بخش‌های صنعتی کاربرد دارد.

(3) جوشکاری نفوذی در خلاء

ظهور مداوم مواد پیشرفته، چالش‌های جدیدی را برای فناوری‌های اتصال ایجاد می‌کند. اتصال بسیاری از مواد جدید، مانند آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت، سرامیک‌های پیشرفته، ترکیبات بین فلزی و مواد کامپوزیتی، به ویژه اتصال مواد غیرمشابه، با استفاده از روش‌های جوشکاری ذوبی مرسوم دشوار است، بنابراین اتصال نفوذی حالت جامد و سایر فناوری‌ها پدیدار شده‌اند. به عنوان مثال، فناوری جوشکاری شکل‌دهی-نفوذی سوپرپلاستیک با موفقیت در ساختارهای لانه زنبوری آلیاژ تیتانیوم هواپیما به کار گرفته شده است. سرامیک‌ها و فلزات را می‌توان با جوشکاری نفوذی به هم متصل کرد. کاربرد فناوری جوشکاری نفوذی فاز مایع گذرا، بسیاری از مشکلات دشوار اتصال مواد سخت را که با روش‌های دیگر قابل حل نبودند، حل کرده است.جوشکاری ذوبیدر گذشته.

اتصال حالت جامد را می‌توان به دو دسته تقسیم کرد. یکی روش اتصال با دمای پایین، فشار بالا و زمان کوتاه است که باعث تماس نزدیک سطح قطعه کار و پارگی لایه اکسید از طریق تغییر شکل پلاستیک موضعی می‌شود. تغییر شکل پلاستیک عامل غالب در تشکیل اتصال است. چنین روش‌های اتصالی شامل موارد زیر است:جوشکاری اصطکاکی، جوشکاری انفجاری، جوشکاری فشاری سرد و جوشکاری فشاری گرم که معمولاً جوشکاری فشاری نامیده می‌شوند. روش دیگر، روش اتصال نفوذی با دمای بالا، فشار پایین و زمان نسبتاً طولانی است که عموماً در اتمسفر محافظ یا خلاء انجام می‌شود. این روش اتصال تنها حداقل تغییر شکل پلاستیک را ایجاد می‌کند و نفوذ فصل مشترک عامل غالب در تشکیل اتصال است. چنین روش‌های اتصالی عمدتاً شامل جوشکاری نفوذی، مانند جوشکاری نفوذی خلاء، جوشکاری نفوذی فاز مایع گذرا، جوشکاری نفوذی پرس ایزواستاتیک گرم و جوشکاری تشکیل-نفوذی سوپرپلاستیک هستند.

علاوه بر ظهور مداوم روش‌های پیشرفته جوشکاری و فرآیندهای جدید (موارد فوق تنها چند نمونه هستند)، سطح مکانیزاسیون و اتوماسیون روش‌های مختلف جوشکاری به طور مداوم در حال بهبود است. پیشرفت فناوری الکترونیک، فناوری حسگر، کامپیوتر و فناوری کنترل، توسعه رشته جوشکاری را به میزان قابل توجهی ارتقا داده و اتوماسیون جوشکاری را به سمت کنترل هوشمند سوق داده است. به طور خاص، معرفی گسترده ربات‌های جوشکاری، روش سنتی اتوماسیون سفت و سخت جوشکاری را در هم شکسته، حالت جدیدی از اتوماسیون انعطاف‌پذیر در جوشکاری را ایجاد کرده و فضای توسعه وسیع‌تری را برای فناوری جوشکاری فراهم کرده است. جوشکاری به یک روش پردازش ضروری در تولید مدرن تبدیل شده است. علاوه بر این، با پیشرفت علم و فناوری و توسعه اجتماعی و اقتصادی، زمینه‌های کاربردی جوشکاری/اتصال پیشرفته همچنان گسترش خواهد یافت.

(4) جوشکاری خودکار و هوشمند

مکانیزاسیون و اتوماسیون ابزارهای مهمی برای بهبود بهره‌وری جوشکاری، تضمین کیفیت محصول و بهبود شرایط کاری هستند. اتوماسیون تولید جوشکاری، مسیر توسعه آینده فناوری جوشکاری است. بهبود کارایی و کیفیت تولید جوشکاری تنها از منظر فرآیندهای جوشکاری محدودیت‌های خاصی دارد. روش‌های جوشکاری/اتصال مانند جوشکاری پرتو الکترونی، جوشکاری لیزر و جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی الزامات سختگیرانه‌ای در مورد هندسه شیار و کیفیت مونتاژ دارند. پس از جوشکاری خودکار، کل ساختار جوش داده شده مرتب، دقیق و زیبا می‌شود و پدیده عقب‌ماندگی عملیات دستی در کارگاه‌های جوشکاری در گذشته را تغییر می‌دهد.

ربات‌ها به عنوان یکی از نمادهای مهم توسعه فناوری تولید مدرن و یک صنعت نوظهور فناوری، تأثیر مهمی بر زمینه‌های مختلف صنایع پیشرفته داشته‌اند. پیچیدگی فرآیندهای تولید جوشکاری و الزامات سختگیرانه برای کیفیت جوشکاری، همراه با سطح فناوری جوشکاری و شرایط کاری اغلب ضعیف، باعث می‌شود فرآیندهای جوشکاری که می‌توانند فرآیند جوشکاری را خودکار و هوشمند کنند، مورد توجه ویژه قرار گیرند. در حال حاضر، 30 تا 40 درصد از ربات‌های سراسر جهان در فناوری جوشکاری استفاده می‌شوند. ربات‌های جوشکاری در ابتدا بیشتر در خطوط تولید جوش نقطه‌ای در صنعت خودرو استفاده می‌شدند و در سال‌های اخیر، به تدریج به سایر زمینه‌های تولیدی گسترش یافته‌اند.

اولین تمرکز توسعهجوشکاری هوشمندسیستم بینایی است. سیستم‌های بینایی توسعه‌یافته فعلی می‌توانند ربات‌ها را قادر سازند تا به طور خودکار مسیر حرکت مشعل را مطابق با شرایط خاص در حین جوشکاری تغییر دهند و برخی می‌توانند پارامترهای فرآیند را به موقع بر اساس اندازه شیار تنظیم کنند.