Công nghệ hàn tiên tiến là gì?

Công nghệ hàn tiên tiến là gì?

(1) Hàn lai Laser-Hồ quang

Công nghệ xử lý bằng chùm tia năng lượng cao được ca ngợi là công nghệ xử lý triển vọng nhất trong thế kỷ 21, được cho là sẽ "mang lại những thay đổi mang tính cách mạng cho công nghệ xử lý và sản xuất vật liệu", và hiện là lĩnh vực kỹ thuật phát triển nhanh nhất và được nghiên cứu nhiều nhất.

Sự phát triển củathiết bị hànHướng tới quy mô lớn có hai nghĩa: một là tăng công suất thiết bị, và hai là mở rộng kích thước các chi tiết được hàn bằng thiết bị đó. Do chi phí đầu tư ban đầu cao cho thiết bị hàn tiên tiến, đặc biệt là thiết bị hàn laser và hàn chùm tia điện tử, việc tăng công suất, cải thiện độ sâu xuyên thấu và độ ổn định của quá trình hàn có thể làm giảm chi phí hàn một cách tương đối, khiến nó trở nên khả thi trong ngành. Vì vậy, công nghệ hàn lai tập trung vào laser đã thu hút sự chú ý. Trên thực tế, hàn lai laser-hồ quang đã được đề xuất từ ​​những năm 1970, nhưng các ứng dụng công nghiệp ổn định chỉ xuất hiện trong những năm gần đây, chủ yếu nhờ sự phát triển của công nghệ laser và thiết bị hàn hồ quang, đặc biệt là sự cải thiện công suất laser và công nghệ điều khiển hồ quang. Hàn lai laser-hồ quang chủ yếu bao gồm sự kết hợp giữa laser với hồ quang khí trơ vonfram (TIG), hồ quang plasma và hồ quang chủ động. Thông qua sự tương tác giữa laser và hồ quang, những nhược điểm của mỗi phương pháp hàn có thể được khắc phục, dẫn đến hiệu quả lai tốt.

Hàn lai laser-hồ quang cải thiện đáng kể hiệu quả hàn, chủ yếu dựa trên hai hiệu ứng: thứ nhất, mật độ năng lượng cao dẫn đến tốc độ hàn nhanh hơn và giảm tổn thất nhiệt của phôi; thứ hai, hiệu ứng chồng chất của sự tương tác giữa hai nguồn nhiệt. Khi hàn thép, plasma laser ổn định hồ quang; đồng thời, hồ quang đi vào lỗ khóa của vũng nóng chảy, giảm tổn thất năng lượng. Sự kết hợp giữa laser và TIG có thể làm tăng đáng kể tốc độ hàn, khoảng gấp đôi so với hàn TIG. Độ mài mòn của điện cực vonfram cũng giảm đáng kể, tăng tuổi thọ của nó; góc rãnh cũng có thể giảm đáng kể, và diện tích mặt cắt ngang mối hàn tương tự như hàn laser. So với hàn lai laser-hồ quang đơn, hàn lai laser-hồ quang kép có thể giảm lượng nhiệt đầu vào khi hàn khoảng 25% và tăng tốc độ hàn khoảng 30%.

Ưu điểm chính của hàn lai laser-hồ quang (hoặc hồ quang plasma) là tốc độ hàn và độ sâu xuyên thấu được cải thiện. Do sự gia nhiệt của hồ quang, nhiệt độ kim loại tăng lên, làm giảm độ phản xạ của kim loại đối với tia laser và tăng khả năng hấp thụ năng lượng ánh sáng. Phương pháp này đã được thử nghiệm trên hàn laser CO₂ công suất thấp, cũng như hàn laser CO₂ 12kW và laser YAG 2kW với truyền dẫn sợi quang, đặt nền tảng cho hàn lai laser-hồ quang (hoặc hồ quang plasma) bằng robot. Trong những năm gần đây, công nghệ hàn lai ra đời từ hàn lai laser-hồ quang đã đạt được sự phát triển đáng kể, và ứng dụng của nó trong các cấu kiện phức tạp trong ngành hàng không vũ trụ, quân sự và các lĩnh vực khác đang nhận được sự quan tâm ngày càng tăng. Hiện nay, công nghệ hàn lai kết hợp các chùm tia năng lượng cao với các loại hồ quang khác nhau đã trở thành một trong những điểm nóng trong lĩnh vực hàn chùm tia năng lượng cao.

(2) Hàn ma sát khuấy

Hàn ma sát khuấy (FSW) là một công nghệ hàn được cấp bằng sáng chế, do Viện Hàn (TWI) của Vương quốc Anh phát triển vào đầu những năm 1990. Công nghệ này có thể hàn các kim loại màu khó hàn bằng các phương pháp hàn nóng chảy.

Hàn ma sát khuấy có những ưu điểm như quy trình hàn đơn giản, cấu trúc hạt mịn trong mối hàn, khả năng chịu mỏi, chịu kéo và chịu uốn tốt, không cần dây hàn hay khí bảo vệ, không có ánh sáng hồ quang, và ứng suất dư cũng như biến dạng sau hàn thấp. Công nghệ này đã được ứng dụng trong ngành hàng không vũ trụ của các nước phát triển ở châu Âu và châu Mỹ, và đã được sử dụng thành công trong việc hàn các bình áp lực thành mỏng bằng hợp kim nhôm hoạt động ở nhiệt độ thấp, hoàn thành mối hàn giáp mí thẳng của các mối hàn dọc và mối hàn giáp mí chu vi của các mối hàn tròn. Công nghệ này đã được áp dụng trong thiết kế cấu trúc mới của các phương tiện mới và được ứng dụng trong ngành hàng không vũ trụ, vận tải, sản xuất ô tô và các ngành công nghiệp khác.

(3) Hàn khuếch tán chân không

Sự xuất hiện liên tục của các vật liệu tiên tiến đặt ra những thách thức mới cho công nghệ ghép nối. Việc ghép nối nhiều vật liệu mới, chẳng hạn như hợp kim chịu nhiệt, gốm công nghệ cao, hợp chất liên kim loại và vật liệu composite, đặc biệt là việc ghép nối các vật liệu khác nhau, rất khó thực hiện bằng các phương pháp hàn nóng chảy thông thường, do đó, công nghệ hàn khuếch tán trạng thái rắn và các công nghệ khác đã ra đời. Ví dụ, công nghệ hàn khuếch tán tạo hình siêu dẻo đã được ứng dụng thành công trong cấu trúc tổ ong hợp kim titan của máy bay. Gốm và kim loại có thể được ghép nối bằng phương pháp hàn khuếch tán; việc ứng dụng công nghệ hàn khuếch tán pha lỏng tạm thời đã giải quyết được nhiều vấn đề ghép nối khó khăn của các vật liệu cứng mà các phương pháp thông thường không thể giải quyết được.hàn nóng chảytrong quá khứ.

Phương pháp hàn trạng thái rắn có thể được chia thành hai loại. Loại thứ nhất là phương pháp hàn ở nhiệt độ thấp, áp suất cao và thời gian ngắn, thúc đẩy sự tiếp xúc chặt chẽ giữa bề mặt phôi và sự phá vỡ lớp màng oxit thông qua biến dạng dẻo cục bộ. Biến dạng dẻo là yếu tố chủ đạo trong việc hình thành mối hàn. Các phương pháp hàn như vậy bao gồm:hàn ma sátCó ba phương pháp hàn chính: hàn nổ, hàn ép nguội và hàn ép nóng, thường được gọi chung là hàn ép. Phương pháp khác là phương pháp liên kết khuếch tán với nhiệt độ cao, áp suất thấp và thời gian tương đối dài, thường được thực hiện trong môi trường bảo vệ hoặc chân không. Phương pháp nối này chỉ tạo ra biến dạng dẻo tối thiểu, và sự khuếch tán tại giao diện là yếu tố chủ đạo trong việc hình thành mối nối. Các phương pháp nối như vậy chủ yếu bao gồm hàn khuếch tán, chẳng hạn như hàn khuếch tán chân không, hàn khuếch tán pha lỏng tạm thời, hàn khuếch tán ép đẳng nhiệt nóng và hàn khuếch tán tạo hình siêu dẻo.

Bên cạnh sự xuất hiện liên tục của các phương pháp hàn tiên tiến và quy trình mới (trên chỉ là một vài ví dụ), mức độ cơ giới hóa và tự động hóa của các phương pháp hàn khác nhau cũng không ngừng được nâng cao. Sự tiến bộ của công nghệ điện tử, công nghệ cảm biến, máy tính và công nghệ điều khiển đã thúc đẩy mạnh mẽ sự phát triển của ngành hàn, đưa tự động hóa hàn tiến tới điều khiển thông minh. Đặc biệt, việc đưa vào sử dụng rộng rãi robot hàn đã phá vỡ mô hình tự động hóa cứng nhắc truyền thống của hàn, mở ra một mô hình tự động hóa linh hoạt mới trong hàn và cung cấp không gian phát triển rộng lớn hơn cho công nghệ hàn. Hàn đã trở thành một phương pháp gia công không thể thiếu trong sản xuất hiện đại. Hơn nữa, với sự tiến bộ của khoa học công nghệ và phát triển kinh tế - xã hội, các lĩnh vực ứng dụng của hàn/ghép tiên tiến sẽ tiếp tục mở rộng.

(4) Hàn tự động và thông minh

Cơ giới hóa và tự động hóa là những phương tiện quan trọng để nâng cao năng suất hàn, đảm bảo chất lượng sản phẩm và cải thiện điều kiện làm việc. Tự động hóa sản xuất hàn là hướng phát triển tương lai của công nghệ hàn. Việc nâng cao hiệu quả và chất lượng sản xuất hàn chỉ có những hạn chế nhất định từ góc độ quy trình hàn. Các phương pháp hàn/ghép như hàn chùm tia điện tử, hàn laser và hàn ma sát khuấy có những yêu cầu khắt khe về hình dạng rãnh và chất lượng lắp ráp. Sau khi hàn tự động, toàn bộ cấu trúc hàn trở nên gọn gàng, chính xác và đẹp mắt, khắc phục được hiện tượng lạc hậu của thao tác thủ công trong các xưởng hàn trước đây.

Là một trong những biểu tượng quan trọng của sự phát triển công nghệ sản xuất hiện đại và ngành công nghệ mới nổi, robot đã có tác động đáng kể đến nhiều lĩnh vực của ngành công nghệ cao. Sự phức tạp của các quy trình sản xuất hàn và yêu cầu khắt khe về chất lượng hàn, cùng với trình độ công nghệ hàn và điều kiện làm việc thường kém, khiến cho việc tự động hóa và thông minh hóa các quy trình hàn nhận được sự quan tâm đặc biệt. Hiện nay, từ 30% đến 40% robot trên toàn thế giới được sử dụng trong công nghệ hàn. Robot hàn ban đầu chủ yếu được ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất hàn điểm trong ngành công nghiệp ô tô, và trong những năm gần đây, chúng đã dần mở rộng sang các lĩnh vực sản xuất khác.

Trọng tâm phát triển đầu tiên củahàn thông minhĐó là hệ thống thị giác. Các hệ thống thị giác hiện đại cho phép robot tự động điều chỉnh quỹ đạo chuyển động của mỏ hàn theo các điều kiện cụ thể trong quá trình hàn, và một số hệ thống có thể điều chỉnh kịp thời các thông số quy trình theo kích thước rãnh.