Apakah Teknologi Kimpalan Termaju?

Apakah Teknologi Kimpalan Termaju?

(1) Kimpalan Hibrid Arka Laser

Teknologi pemprosesan pancaran bertenaga tinggi dipuji sebagai teknologi pemprosesan yang paling menjanjikan pada abad ke-21, dipercayai "membawa perubahan revolusioner kepada teknologi pemprosesan dan pembuatan bahan," dan kini merupakan bidang teknikal yang paling pesat berkembang dan paling banyak dikaji.

Perkembanganperalatan kimpalanKe arah skala besar mempunyai dua makna: satu ialah peningkatan kuasa peralatan, dan yang satu lagi ialah pembesaran bahagian yang dikimpal oleh peralatan. Disebabkan pelaburan sekali sahaja yang tinggi dalam peralatan kimpalan canggih, terutamanya kimpalan laser dan peralatan kimpalan pancaran elektron, peningkatan kuasa, peningkatan kedalaman penembusan dan kestabilan proses kimpalan dapat mengurangkan kos kimpalan secara relatif, menjadikannya boleh diterima oleh industri. Oleh itu, teknologi kimpalan hibrid yang berpusat pada laser telah menarik perhatian. Malah, kimpalan hibrid arka laser telah dicadangkan seawal tahun 1970-an, tetapi aplikasi perindustrian yang stabil hanya muncul dalam beberapa tahun kebelakangan ini, terutamanya mendapat manfaat daripada pembangunan teknologi laser dan peralatan kimpalan arka, terutamanya peningkatan kuasa laser dan teknologi kawalan arka. Hibrid arka laser terutamanya melibatkan gabungan laser dengan arka gas lengai tungsten (TIG), arka plasma, dan arka aktif. Melalui interaksi antara laser dan arka, kekurangan setiap kaedah kimpalan dapat diatasi, menghasilkan kesan hibrid yang baik.

Kimpalan hibrid arka laser meningkatkan kecekapan kimpalan dengan ketara, terutamanya berdasarkan dua kesan: pertama, ketumpatan tenaga yang tinggi membawa kepada kelajuan kimpalan yang lebih tinggi dan kehilangan haba bahan kerja yang berkurangan; kedua, kesan superposisi interaksi antara dua sumber haba. Apabila mengimpal keluli, plasma laser menstabilkan arka; pada masa yang sama, arka memasuki lubang kunci kolam lebur, mengurangkan kehilangan tenaga. Gabungan laser dan TIG boleh meningkatkan kelajuan kimpalan dengan ketara, kira-kira dua kali ganda daripada kimpalan TIG. Haus elektrod tungsten juga berkurangan dengan ketara, meningkatkan hayat perkhidmatannya; sudut alur juga boleh dikurangkan dengan ketara, dan luas keratan rentas kimpalan adalah serupa dengan kimpalan laser. Berbanding dengan kimpalan hibrid arka tunggal laser, kimpalan hibrid arka berganda laser boleh mengurangkan input haba kimpalan sebanyak 25% dan meningkatkan kelajuan kimpalan sebanyak kira-kira 30%.

Kelebihan utama kimpalan hibrid arka laser (atau arka plasma) adalah peningkatan kelajuan kimpalan dan kedalaman penembusan. Disebabkan oleh pemanasan arka, suhu logam meningkat, mengurangkan pantulan logam kepada laser dan meningkatkan penyerapan tenaga cahaya. Kaedah ini telah diuji pada kimpalan laser CO₂ berkuasa rendah, serta kimpalan laser CO₂ 12kW dan laser YAG 2kW dengan penghantaran gentian optik, meletakkan asas untuk kimpalan hibrid arka laser robotik (atau arka plasma). Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, teknologi kimpalan hibrid yang lahir daripada hibrid arka laser telah mencapai perkembangan yang ketara, dan aplikasinya dalam komponen kompleks dalam aeroangkasa, ketenteraan dan sektor lain telah mendapat perhatian yang semakin meningkat. Pada masa ini, teknologi kimpalan hibrid yang menggabungkan pancaran bertenaga tinggi dengan arka yang berbeza telah menjadi salah satu titik panas dalam bidang kimpalan pancaran bertenaga tinggi.

(2) Kimpalan Kacau Geseran

Kimpalan Kacau Geseran (FSW) ialah teknologi kimpalan berpaten yang dibangunkan oleh Institut Kimpalan (TWI) United Kingdom pada awal 1990-an. Ia boleh mengimpal logam bukan ferus yang sukar dikimpal menggunakan kaedah kimpalan pelakuran.

Kimpalan kacau geseran mempunyai kelebihan seperti proses penyambungan yang mudah, butiran halus dalam sambungan kimpalan, prestasi lesu yang baik, prestasi tegangan dan prestasi lenturan, tidak memerlukan wayar kimpalan atau gas pelindung, tiada cahaya arka, dan tegasan baki dan ubah bentuk yang rendah selepas kimpalan. Ia telah digunakan dalam industri aeroangkasa negara maju di Eropah dan Amerika, dan telah berjaya digunakan dalam kimpalan bekas tekanan berdinding nipis aloi aluminium yang bekerja pada suhu rendah, melengkapkan sambungan punggung lurus kimpalan membujur dan sambungan punggung lilitan kimpalan bulat. Teknologi ini telah diguna pakai dalam reka bentuk struktur baharu kenderaan baharu dan digunakan dalam aeroangkasa, pengangkutan, pembuatan automotif dan sektor perindustrian lain.

(3) Kimpalan Difusi Vakum

Kemunculan berterusan bahan-bahan canggih menimbulkan cabaran baharu kepada teknologi penyambungan. Penyambungan banyak bahan baharu, seperti aloi tahan haba, seramik berteknologi tinggi, sebatian antara logam dan bahan komposit, terutamanya penyambungan bahan yang berbeza, sukar dicapai menggunakan kaedah kimpalan pelakuran konvensional, justeru ikatan resapan keadaan pepejal dan teknologi lain telah muncul. Contohnya, teknologi kimpalan pembentukan-resapan superplastik telah berjaya digunakan dalam struktur sarang lebah aloi titanium pesawat. Seramik dan logam boleh disambungkan melalui kimpalan resapan; aplikasi teknologi kimpalan resapan fasa cecair sementara telah menyelesaikan banyak masalah penyambungan bahan keras yang sukar yang tidak dapat diselesaikan olehkimpalan gabunganpada masa lalu.

Penyambungan keadaan pepejal boleh dibahagikan kepada dua kategori. Satu ialah kaedah penyambungan dengan suhu rendah, tekanan tinggi dan masa yang singkat, yang menggalakkan sentuhan rapat permukaan bahan kerja dan pecahan filem oksida melalui ubah bentuk plastik setempat. Ubah bentuk plastik merupakan faktor dominan dalam membentuk sambungan. Kaedah penyambungan sedemikian termasukkimpalan geseran, kimpalan letupan, kimpalan tekanan sejuk, dan kimpalan tekanan panas, yang biasanya dipanggil kimpalan tekanan. Satu lagi ialah kaedah ikatan resapan dengan suhu tinggi, tekanan rendah, dan masa yang agak lama, biasanya dijalankan dalam atmosfera pelindung atau vakum. Kaedah penyambungan ini hanya menghasilkan ubah bentuk plastik yang minimum, dan resapan antara muka adalah faktor dominan dalam membentuk sambungan. Kaedah penyambungan sedemikian terutamanya termasuk kimpalan resapan, seperti kimpalan resapan vakum, kimpalan resapan fasa cecair sementara, kimpalan resapan tekan isostatik panas, dan kimpalan pembentukan-resapan superplastik.

Selain kemunculan berterusan kaedah kimpalan canggih dan proses baharu (perkara di atas hanyalah beberapa contoh), tahap mekanisasi dan automasi pelbagai kaedah kimpalan sentiasa bertambah baik. Kemajuan teknologi elektronik, teknologi penderiaan, komputer dan teknologi kawalan telah banyak menggalakkan perkembangan disiplin kimpalan, menjadikan automasi kimpalan bergerak ke arah kawalan pintar. Khususnya, pengenalan robot kimpalan berskala besar telah memecahkan mod automasi tegar tradisional kimpalan, membuka mod automasi fleksibel baharu dalam kimpalan, dan menyediakan ruang pembangunan yang lebih luas untuk teknologi kimpalan. Kimpalan telah menjadi kaedah pemprosesan yang sangat diperlukan dalam pembuatan moden. Selain itu, dengan kemajuan sains dan teknologi serta pembangunan sosial dan ekonomi, bidang aplikasi kimpalan/pencantuman canggih akan terus berkembang.

(4) Kimpalan Automatik dan Pintar

Mekanisasi dan automasi merupakan cara penting untuk meningkatkan produktiviti kimpalan, memastikan kualiti produk dan memperbaiki keadaan kerja. Automasi pengeluaran kimpalan merupakan hala tuju pembangunan masa hadapan teknologi kimpalan. Meningkatkan kecekapan dan kualiti pengeluaran kimpalan mempunyai batasan tertentu hanya dari perspektif proses kimpalan. Kaedah kimpalan/pencantuman seperti kimpalan pancaran elektron, kimpalan laser dan kimpalan kacau geseran mempunyai keperluan ketat terhadap geometri alur dan kualiti pemasangan. Selepas kimpalan automatik, keseluruhan struktur kimpalan adalah kemas, tepat dan cantik, mengubah fenomena operasi manual yang ketinggalan zaman dalam bengkel kimpalan pada masa lalu.

Sebagai salah satu simbol penting perkembangan teknologi pembuatan moden dan industri teknologi yang baru muncul, robot telah memberi impak penting kepada pelbagai bidang industri berteknologi tinggi. Kerumitan proses pembuatan kimpalan dan keperluan ketat untuk kualiti kimpalan, ditambah pula dengan tahap teknologi kimpalan dan keadaan kerja yang sering lemah, menjadikan proses kimpalan yang boleh mengautomasikan dan mencerdaskan proses kimpalan mendapat perhatian khusus. Pada masa ini, 30% hingga 40% robot di seluruh dunia digunakan dalam teknologi kimpalan. Robot kimpalan pada mulanya kebanyakannya digunakan dalam barisan pengeluaran kimpalan titik dalam industri automotif, dan dalam beberapa tahun kebelakangan ini, ia secara beransur-ansur berkembang ke bidang pengeluaran lain.

Fokus pembangunan pertama bagikimpalan pintarialah sistem penglihatan. Sistem penglihatan yang dibangunkan pada masa ini boleh membolehkan robot mengubah suai trajektori pergerakan obor secara automatik mengikut keadaan tertentu semasa kimpalan, dan sesetengahnya boleh melaraskan parameter proses tepat pada masanya mengikut saiz alur.