01 Hàn lai laser-hồ quang tấm dày
Hàn tấm dày (độ dày ≥ 20mm) đóng vai trò quan trọng trong sản xuất các thiết bị lớn trong các lĩnh vực quan trọng như hàng không vũ trụ, hàng hải và đóng tàu, vận tải đường sắt, v.v. Các bộ phận này thường có đặc điểm là độ dày lớn, hình dạng mối nối phức tạp và môi trường hoạt động phức tạp. Chất lượng hàn có tác động trực tiếp đến hiệu suất và tuổi thọ của thiết bị. Do tốc độ hàn chậm và vấn đề bắn tóe nghiêm trọng, phương pháp hàn khí bảo vệ truyền thống gặp phải những thách thức như hiệu suất hàn thấp, tiêu thụ năng lượng cao và ứng suất dư lớn, khiến việc đáp ứng các yêu cầu sản xuất ngày càng tăng trở nên khó khăn. Tuy nhiên, công nghệ hàn lai laser-hồ quang khác với công nghệ hàn truyền thống. Nó kết hợp thành công những ưu điểm củahàn laserCông nghệ này kết hợp hàn hồ quang và hàn laser, có đặc điểm là độ xuyên sâu lớn, tốc độ hàn nhanh, hiệu quả cao và chất lượng mối hàn tốt hơn, như thể hiện trong Hình 1. Do đó, công nghệ này đã thu hút sự chú ý rộng rãi và bắt đầu được ứng dụng trong một số lĩnh vực trọng điểm.
Hình 1. Nguyên lý hàn lai laser-hồ quang.
02Nghiên cứu về hàn lai laser-hồ quang các tấm dày
Viện Công nghệ Công nghiệp Na Uy và Đại học Công nghệ Lule ở Thụy Điển đã nghiên cứu tính đồng nhất cấu trúc của các mối hàn composite dưới công suất 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 laser sợi quang 20kW để nghiên cứu quy trình hàn lai laser-hồ quang một lần hàn đối với các tấm dày (25mm), sử dụng lớp lót đáy để giải quyết vấn đề gờ đáy. Công ty Công nghệ Lực lượng Đan Mạch đã sử dụng hai laser đĩa 16 kW mắc nối tiếp để nghiên cứu hàn lai các tấm thép dày 40mm ở công suất 32 kW, cho thấy rằng hàn laser-hồ quang công suất cao dự kiến sẽ được sử dụng trong hàn đế tháp điện gió ngoài khơi, như thể hiện trong Hình 2. Công ty TNHH Hàn Cáp Nhĩ Tân là công ty đầu tiên trong nước nắm vững công nghệ cốt lõi và công nghệ tích hợp thiết bị hàn nguồn nhiệt lai laser rắn-điện cực nóng chảy công suất cao. Đây là lần đầu tiên công nghệ và thiết bị hàn lai điện cực nóng chảy dây kép laser rắn công suất cao được ứng dụng thành công vào thiết bị cao cấp tại nước ta.
Hình 2. Sơ đồ bố trí lắp đặt laser
Theo tình trạng nghiên cứu hiện tại về hàn lai laser-hồ quang đối với các tấm dày trong và ngoài nước, có thể thấy rằng sự kết hợp giữa phương pháp hàn lai laser-hồ quang và rãnh khe hẹp có thể thực hiện được việc hàn các tấm dày. Khi công suất laser tăng lên trên 10.000 watt, dưới tác động của laser năng lượng cao, hành vi hóa hơi của vật liệu, quá trình tương tác giữa laser và plasma, trạng thái ổn định của dòng chảy vũng nóng chảy, cơ chế truyền nhiệt và hành vi luyện kim của mối hàn sẽ thay đổi ở các mức độ khác nhau. Khi công suất tăng lên trên 10.000 watt, sự gia tăng mật độ công suất sẽ làm tăng cường mức độ hóa hơi trong khu vực gần lỗ nhỏ, và lực giật sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến sự ổn định của lỗ nhỏ và dòng chảy của vũng nóng chảy, từ đó ảnh hưởng đến quá trình hàn. Những thay đổi này có tác động không nhỏ đến việc thực hiện các quy trình hàn laser và hàn kết hợp của nó. Những hiện tượng đặc trưng này trong quá trình hàn phản ánh trực tiếp hoặc gián tiếp đến sự ổn định của quá trình hàn ở một mức độ nào đó, và thậm chí có thể quyết định chất lượng của mối hàn. Hiệu ứng kết hợp của hai nguồn nhiệt laser và hồ quang cho phép hai nguồn nhiệt phát huy tối đa đặc tính riêng của mình và đạt được hiệu quả hàn tốt hơn so với hàn laser và hàn hồ quang đơn lẻ. So với phương pháp hàn tự sinh bằng laser, phương pháp hàn này có ưu điểm là khả năng thích ứng khe hở cao và độ dày hàn lớn. So với phương pháp hàn laser điền dây khe hẹp trên các tấm dày, phương pháp này có ưu điểm là hiệu suất nóng chảy dây cao và hiệu quả hàn rãnh tốt. Ngoài ra, lực hút của laser vào hồ quang tăng cường độ ổn định của hồ quang, giúp hàn lai laser-hồ quang nhanh hơn so với hàn hồ quang truyền thống.hàn dây hàn laserVới hiệu suất hàn tương đối cao.
03 Ứng dụng hàn lai laser-hồ quang công suất cao
Công nghệ hàn lai laser-hồ quang công suất cao được sử dụng rộng rãi trong ngành đóng tàu. Xưởng đóng tàu Meyer ở Đức đã thiết lập dây chuyền sản xuất hàn lai laser-hồ quang CO2 12kW để hàn các tấm phẳng và thanh gia cường thân tàu, đạt được khả năng tạo ra các mối hàn góc dài 20m trong một lần và giảm độ biến dạng xuống 2/3. GE đã phát triển hệ thống hàn lai laser-hồ quang sợi quang với công suất đầu ra tối đa 20kW để hàn tàu sân bay USS Saratoga, tiết kiệm được 800 tấn kim loại hàn và giảm 80% số giờ công, như thể hiện trong Hình 3. Tàu CSSC 725 sử dụng hệ thống hàn lai laser-hồ quang công suất cao laser sợi quang 20kW, có thể giảm 60% biến dạng hàn và tăng hiệu suất hàn lên 300%. Xưởng đóng tàu Thượng Hải Waigaoqiao sử dụng hệ thống hàn lai laser-hồ quang công suất cao laser sợi quang 16kW. Dây chuyền sản xuất áp dụng công nghệ xử lý mới kết hợp hàn laser lai và hàn MAG để thực hiện hàn một mặt một đường và tạo hình hai mặt cho các tấm thép dày 4-25mm. Công nghệ hàn laser-hồ quang lai công suất cao được sử dụng rộng rãi trong 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 hiệu quả sản xuất cao.
Hình 3. Tàu sân bay USS Sara Toga
Công nghệ hàn lai laser-hồ quang công suất cao đã được ứng dụng bước đầu trong một số lĩnh vực công nghiệp và sẽ trở thành phương tiện quan trọng để sản xuất hiệu quả các cấu trúc lớn có độ dày thành trung bình và lớn. Hiện nay, vẫn còn thiếu nghiên cứu về cơ chế hàn lai laser-hồ quang công suất cao, cần được tăng cường hơn nữa, chẳng hạn như sự tương tác giữa plasma quang học và hồ quang, cũng như sự tương tác giữa hồ quang và vũng nóng chảy. Vẫn còn nhiều vấn đề chưa được giải quyết trong quá trình hàn lai laser-hồ quang công suất cao, như cửa sổ quy trình hẹp, tính chất cơ học không đồng đều của cấu trúc mối hàn và kiểm soát chất lượng hàn phức tạp. Khi công suất đầu ra của laser công nghiệp dần tăng lên, công nghệ hàn lai laser-hồ quang 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 những xu hướng quan trọng trong sự phát triển của thiết bị hàn laser công suất cao trong tương lai.
Thời gian đăng bài: 24/04/2024
