01 Hàn lai hồ quang laser tấm dày
Hàn tấm dày (độ dày ≥ 20mm) đóng vai trò quan trọng trong việc chế tạo các thiết bị lớn trong các lĩnh vực quan trọng như hàng không vũ trụ, giao thông và đóng tàu, vận tải đường sắt, v.v. Các thành phần này thường có đặc điểm là độ dày lớn, dạng mối nối phức tạp và dịch vụ phức tạp môi trường. Chất lượng mối hàn có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và tuổi thọ của thiết bị. Do tốc độ hàn chậm và các vấn đề bắn tóe nghiêm trọng, phương pháp hàn khí bảo vệ truyền thống phải đối mặt với những thách thức như hiệu suất hàn thấp, tiêu thụ năng lượng cao và ứng suất dư lớn, gây khó khăn cho việc đáp ứng các yêu cầu sản xuất ngày càng tăng. Tuy nhiên, công nghệ hàn lai hồ quang laser khác với công nghệ hàn truyền thống. Nó kết hợp thành công những ưu điểm củahàn laservà hàn hồ quang, có đặc điểm là độ sâu xuyên thấu lớn, tốc độ hàn nhanh, hiệu quả cao và chất lượng mối hàn tốt hơn, như trong Hình 1. Vì vậy, công nghệ này đã thu hút được sự quan tâm rộng rãi và bắt đầu được áp dụng ở một số lĩnh vực trọng điểm.
Hình 1 Nguyên lý hàn lai hồ quang laser
02Nghiên cứu hàn lai hồ quang laser tấm dày
Viện Công nghệ Công nghiệp Na Uy và Đại học Công nghệ Lule ở Thụy Điển đã nghiên cứu tính đồng nhất về kết cấu của mối hàn composite dưới 15kW đối với thép hợp kim thấp cường độ cao vi hợp kim dày 45mm. Đại học Osaka và Viện Nghiên cứu Luyện kim Trung ương Ai Cập đã sử dụng tia laser sợi quang 20kW để tiến hành nghiên cứu quy trình hàn lai hồ quang laser một chiều của các tấm dày (25mm), sử dụng lớp lót đáy để giải quyết vấn đề bướu dưới. Công ty Công nghệ Lực lượng Đan Mạch đã sử dụng nối tiếp hai máy laser đĩa 16 kW để tiến hành nghiên cứu phương pháp hàn lai các tấm thép dày 40mm ở công suất 32 kW, cho thấy hàn hồ quang laser công suất cao dự kiến sẽ được sử dụng trong hàn chân tháp điện gió ngoài khơi. , như trong Hình 2. Công ty TNHH Hàn Cáp Nhĩ Tân là công ty đầu tiên trong nước làm chủ công nghệ cốt lõi và công nghệ tích hợp thiết bị của phương pháp hàn nguồn nhiệt lai hồ quang điện cực nóng chảy bằng laser rắn công suất cao. Đây là lần đầu tiên áp dụng thành công công nghệ và thiết bị hàn hồ quang lai điện cực nóng chảy dây kép laser rắn công suất cao cho thiết bị cao cấp ở nước tôi. chế tạo.
Hình 2. Sơ đồ bố trí lắp đặt laser
Theo tình hình nghiên cứu hiện nay về hàn lai hồ quang laser các tấm dày trong và ngoài nước, có thể thấy rằng sự kết hợp giữa phương pháp hàn lai hồ quang laser và rãnh khe hẹp có thể đạt được khả năng hàn các tấm dày. Khi công suất laser tăng lên hơn 10.000 watt, dưới sự chiếu xạ của laser năng lượng cao, đặc tính bay hơi của vật liệu, quá trình tương tác giữa laser và plasma, trạng thái ổn định của dòng chảy bể nóng chảy, cơ chế truyền nhiệt và hành vi luyện kim của mối hàn Những thay đổi sẽ xảy ra ở các mức độ khác nhau. Khi công suất tăng lên hơn 10.000 watt, mật độ công suất tăng sẽ làm tăng mức độ hóa hơi ở khu vực gần lỗ nhỏ và lực giật sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến sự ổn định của lỗ nhỏ và dòng chảy của bể nóng chảy, từ đó ảnh hưởng đến quá trình hàn. Những thay đổi này có tác động không đáng kể đến việc thực hiện laser và các quy trình hàn tổng hợp của nó. Những hiện tượng đặc trưng này trong quá trình hàn phản ánh trực tiếp hoặc gián tiếp sự ổn định của quá trình hàn ở một mức độ nào đó, thậm chí có thể quyết định chất lượng của mối hàn. Hiệu ứng ghép nối của hai nguồn nhiệt laser và hồ quang có thể làm cho hai nguồn nhiệt phát huy hết đặc tính riêng của chúng và đạt được hiệu quả hàn tốt hơn so với hàn laser đơn và hàn hồ quang. So với phương pháp hàn tự sinh bằng laser, phương pháp hàn này có ưu điểm là khả năng thích ứng khe hở mạnh và độ dày hàn lớn. So với phương pháp hàn lấp đầy dây laser khoảng cách hẹp của các tấm dày, nó có ưu điểm là hiệu suất nóng chảy dây cao và hiệu ứng tổng hợp rãnh tốt. . Ngoài ra, lực hút của tia laser vào hồ quang giúp tăng cường độ ổn định của hồ quang, giúp quá trình hàn lai laser-hồ quang nhanh hơn so với hàn hồ quang truyền thống vàhàn dây phụ bằng laser, với hiệu quả hàn tương đối cao.
03 Ứng dụng hàn lai hồ quang laser công suất cao
Công nghệ hàn lai hồ quang laser công suất cao được ứng dụng rộng rãi trong ngành đóng tàu. Nhà máy đóng tàu Meyer ở Đức đã thiết lập dây chuyền sản xuất hàn hồ quang lai laser CO2 12kW để hàn các tấm phẳng và nẹp gia cố thân tàu nhằm tạo ra các mối hàn phi lê dài 20m trong một lần và giảm 2/3 mức độ biến dạng. GE đã phát triển hệ thống hàn lai hồ quang laze sợi với công suất đầu ra tối đa 20kW để hàn tàu sân bay USS Saratoga, tiết kiệm 800 tấn kim loại hàn và giảm 80% giờ công, như trong Hình 3. CSSC 725 áp dụng một Hệ thống hàn lai laser-hồ quang công suất cao bằng laser sợi quang 20kW, có thể giảm 60% biến dạng hàn và tăng hiệu suất hàn lên 300%. Nhà máy đóng tàu Waigaoqiao Thượng Hải sử dụng hệ thống hàn lai laser-hồ quang laser công suất cao 16kW. Dây chuyền sản xuất áp dụng công nghệ xử lý mới là hàn lai laser + hàn MAG để đạt được khả năng hàn một mặt một mặt và tạo hình hai mặt của các tấm thép dày 4-25mm. Công nghệ hàn lai hồ quang laser công suất cao được sử dụng rộng rãi trên xe bọc thép. Đặc điểm hàn của nó là: hàn các cấu trúc kim loại phức tạp có độ dày lớn, chi phí thấp và sản xuất hiệu quả cao.
Hình 3. Tàu sân bay USS Sara Toga
Công nghệ hàn lai hồ quang laser công suất cao bước đầu đã được áp dụng trong một số lĩnh vực công nghiệp và sẽ trở thành phương tiện quan trọng để chế tạo hiệu quả các kết cấu lớn với độ dày thành vừa và lớn. Hiện nay, còn thiếu nghiên cứu về cơ chế hàn lai hồ quang laser công suất cao, cần được tăng cường hơn nữa, chẳng hạn như sự tương tác giữa photoplasma và hồ quang và sự tương tác giữa hồ quang và hồ nóng chảy. Vẫn còn nhiều vấn đề chưa được giải quyết trong quy trình hàn lai hồ quang laser công suất cao, như cửa sổ quy trình hẹp, tính chất cơ học không đồng đều của kết cấu mối hàn và việc kiểm soát chất lượng mối hàn phức tạp. Khi công suất đầu ra của laser cấp công nghiệp tăng dần, công nghệ hàn lai hồ quang laser công suất cao sẽ phát triển nhanh chóng và nhiều công nghệ hàn lai laser mới sẽ tiếp tục xuất hiện. Nội địa hóa, quy mô lớn và thông minh hóa sẽ là xu hướng quan trọng trong việc phát triển thiết bị hàn laser công suất cao trong tương lai.
Thời gian đăng: 24-04-2024
