01 Kimpalan hibrid arka laser plat tebal
Kimpalan plat tebal (ketebalan ≥ 20mm) memainkan peranan penting dalam pembuatan peralatan besar dalam bidang penting seperti aeroangkasa, navigasi dan pembinaan kapal, pengangkutan kereta api, dan sebagainya. Komponen ini biasanya dicirikan oleh ketebalan yang besar, bentuk sambungan yang kompleks, dan persekitaran perkhidmatan yang kompleks. Kualiti kimpalan mempunyai kesan langsung terhadap prestasi dan jangka hayat peralatan. Disebabkan oleh kelajuan kimpalan yang perlahan dan masalah percikan yang serius, kaedah kimpalan berpelindung gas tradisional menghadapi cabaran seperti kecekapan kimpalan yang rendah, penggunaan tenaga yang tinggi, dan tegasan baki yang besar, menjadikannya sukar untuk memenuhi keperluan pembuatan yang sentiasa meningkat. Walau bagaimanapun, teknologi kimpalan hibrid arka laser berbeza daripada teknologi kimpalan tradisional. Ia berjaya menggabungkan kelebihankimpalan laserdan kimpalan arka, dan mempunyai ciri-ciri kedalaman penembusan yang besar, kelajuan kimpalan yang pantas, kecekapan tinggi dan kualiti kimpalan yang lebih baik, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1. Oleh itu, teknologi ini telah menarik perhatian meluas dan telah mula digunakan dalam beberapa bidang utama.
Rajah 1 Prinsip kimpalan hibrid arka laser
02Penyelidikan tentang kimpalan hibrid arka laser bagi plat tebal
Institut Teknologi Perindustrian Norway dan Universiti Teknologi Lule di Sweden mengkaji keseragaman struktur sambungan kimpalan komposit di bawah 15kW untuk keluli aloi rendah berkekuatan tinggi mikro-aloi setebal 45mm. Universiti Osaka dan Institut Penyelidikan Metalurgi Pusat Mesir menggunakan laser gentian 20kW untuk menjalankan penyelidikan mengenai proses kimpalan hibrid arka laser laluan tunggal bagi plat tebal (25mm), menggunakan lapisan bawah untuk menyelesaikan masalah bonggol bawah. Syarikat Teknologi Angkatan Denmark menggunakan dua laser cakera 16 kW secara bersiri untuk menjalankan penyelidikan mengenai kimpalan hibrid plat keluli setebal 40mm pada 32 kW, menunjukkan bahawa kimpalan arka laser berkuasa tinggi dijangka akan digunakan dalam kimpalan tapak menara kuasa angin luar pesisir, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2. Harbin Welding Co., Ltd. ialah yang pertama di negara ini yang menguasai teknologi teras dan teknologi penyepaduan peralatan kimpalan sumber haba hibrid arka elektrod peleburan laser pepejal berkuasa tinggi. Ini merupakan kali pertama saya berjaya mengaplikasikan teknologi dan peralatan kimpalan hibrid arka elektrod lebur dwi-wayar laser pepejal berkuasa tinggi kepada peralatan canggih di negara saya.
Rajah 2. Gambarajah susun atur pemasangan laser
Mengikut status penyelidikan semasa kimpalan hibrid arka laser bagi plat tebal di dalam dan luar negara, dapat dilihat bahawa gabungan kaedah kimpalan hibrid arka laser dan alur jurang sempit boleh mencapai kimpalan plat tebal. Apabila kuasa laser meningkat kepada lebih daripada 10,000 watt, di bawah penyinaran laser bertenaga tinggi, tingkah laku pengewapan bahan, proses interaksi antara laser dan plasma, keadaan stabil aliran kolam lebur, mekanisme pemindahan haba, dan tingkah laku metalurgi kimpalan. Perubahan akan berlaku pada pelbagai peringkat. Apabila kuasa meningkat kepada lebih daripada 10,000 watt, peningkatan ketumpatan kuasa akan meningkatkan tahap pengewapan di kawasan berhampiran lubang kecil, dan daya sentakan akan secara langsung mempengaruhi kestabilan lubang kecil dan aliran kolam lebur, sekali gus mempengaruhi proses kimpalan. Perubahan ini mempunyai kesan yang tidak boleh diabaikan terhadap pelaksanaan laser dan proses kimpalan kompositnya. Fenomena ciri dalam proses kimpalan ini secara langsung atau tidak langsung mencerminkan kestabilan proses kimpalan sehingga tahap tertentu, dan juga boleh menentukan kualiti kimpalan. Kesan gandingan dua sumber haba laser dan arka boleh menjadikan kedua-dua sumber haba memainkan peranan sepenuhnya terhadap ciri-ciri mereka sendiri dan memperoleh kesan kimpalan yang lebih baik daripada kimpalan laser tunggal dan kimpalan arka. Berbanding dengan kaedah kimpalan autogen laser, kaedah kimpalan ini mempunyai kelebihan kebolehsuaian jurang yang kuat dan ketebalan kimpalan yang besar. Berbanding dengan kaedah kimpalan pengisian dawai laser jurang sempit bagi plat tebal, ia mempunyai kelebihan kecekapan lebur dawai yang tinggi dan kesan gabungan alur yang baik. Di samping itu, tarikan laser ke arka meningkatkan kestabilan arka, menjadikan kimpalan hibrid laser-arka lebih pantas daripada kimpalan arka tradisional dankimpalan dawai pengisi laser, dengan kecekapan kimpalan yang agak tinggi.
03 Aplikasi kimpalan hibrid arka laser berkuasa tinggi
Teknologi kimpalan hibrid arka laser berkuasa tinggi digunakan secara meluas dalam industri pembinaan kapal. Meyer Shipyard di Jerman telah menubuhkan barisan pengeluaran kimpalan hibrid arka laser CO2 12kW untuk kimpalan plat rata dan pengaku badan kapal bagi mencapai pembentukan kimpalan fillet sepanjang 20m dalam satu masa dan mengurangkan tahap ubah bentuk sebanyak 2/3. GE membangunkan sistem kimpalan hibrid arka laser gentian dengan kuasa output maksimum 20kW untuk mengimpal kapal pengangkut pesawat USS Saratoga, menjimatkan 800 tan logam kimpalan dan mengurangkan jam kerja sebanyak 80%, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3. CSSC 725 menggunakan sistem kimpalan hibrid arka laser berkuasa tinggi laser gentian 20kW, yang boleh mengurangkan ubah bentuk kimpalan sebanyak 60% dan meningkatkan kecekapan kimpalan sebanyak 300%. Shanghai Waigaoqiao Shipyard menggunakan sistem kimpalan hibrid arka laser berkuasa tinggi laser gentian 16kW. Barisan pengeluaran ini menggunakan teknologi proses baharu kimpalan hibrid laser + kimpalan MAG untuk mencapai kimpalan laluan tunggal satu sisi dan pembentukan dua sisi plat keluli setebal 4-25mm. Teknologi kimpalan hibrid arka laser berkuasa tinggi digunakan secara meluas dalam kenderaan berperisai. Ciri-ciri kimpalannya ialah: kimpalan struktur logam kompleks berketebalan besar, kos rendah, dan pembuatan yang cekap tinggi.
Rajah 3. Kapal pengangkut pesawat USS Sara Toga
Teknologi kimpalan hibrid arka laser berkuasa tinggi pada mulanya telah digunakan dalam beberapa bidang perindustrian dan akan menjadi cara penting untuk pembuatan struktur besar yang cekap dengan ketebalan dinding sederhana dan besar. Pada masa ini, terdapat kekurangan kajian mengenai mekanisme kimpalan hibrid arka laser berkuasa tinggi, yang perlu diperkukuhkan lagi, seperti interaksi antara fotoplasma dan arka dan interaksi antara arka dan kolam lebur. Masih terdapat banyak masalah yang belum diselesaikan dalam proses kimpalan hibrid arka laser berkuasa tinggi, seperti tetingkap proses yang sempit, sifat mekanikal struktur kimpalan yang tidak sekata, dan kawalan kualiti kimpalan yang rumit. Apabila kuasa output laser gred perindustrian meningkat secara beransur-ansur, teknologi kimpalan hibrid arka laser berkuasa tinggi akan berkembang pesat, dan pelbagai teknologi kimpalan hibrid laser baharu akan terus muncul. Penyetempatan, berskala besar dan kecerdasan akan menjadi trend penting dalam pembangunan peralatan kimpalan laser berkuasa tinggi pada masa hadapan.
Masa siaran: 24-Apr-2024
