การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการเชื่อมแบบไฮบริดอาร์กด้วยเลเซอร์กำลังสูงในสาขาสำคัญต่างๆ

01 การเชื่อมไฮบริดอาร์คด้วยเลเซอร์แผ่นหนา

การเชื่อมแผ่นหนา (ความหนา ≥ 20 มม.) มีบทบาทสำคัญในการผลิตอุปกรณ์ขนาดใหญ่ในด้านสำคัญ เช่น การบินและอวกาศ การนำทางและการต่อเรือ การขนส่งทางรถไฟ ฯลฯ ส่วนประกอบเหล่านี้มักจะมีลักษณะเฉพาะด้วยความหนาขนาดใหญ่ รูปแบบข้อต่อที่ซับซ้อน และการบริการที่ซับซ้อน สภาพแวดล้อม คุณภาพการเชื่อมมีผลกระทบโดยตรงต่อประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของอุปกรณ์ เนื่องจากความเร็วในการเชื่อมที่ช้าและปัญหาการกระเด็นอย่างรุนแรง วิธีการเชื่อมแบบป้องกันแก๊สแบบดั้งเดิมจึงเผชิญกับความท้าทาย เช่น ประสิทธิภาพการเชื่อมต่ำ การใช้พลังงานสูง และความเค้นตกค้างขนาดใหญ่ ทำให้ยากต่อการปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านการผลิตที่เพิ่มมากขึ้น อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีการเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์อาร์คนั้นแตกต่างจากเทคโนโลยีการเชื่อมแบบดั้งเดิม ผสมผสานข้อดีของการเชื่อมด้วยเลเซอร์และการเชื่อมอาร์ค และมีคุณลักษณะของการเจาะลึกขนาดใหญ่ ความเร็วการเชื่อมที่รวดเร็ว ประสิทธิภาพสูง และคุณภาพการเชื่อมที่ดีขึ้น ดังแสดงในรูปที่ 1 แสดง ดังนั้นเทคโนโลยีนี้จึงได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางและเริ่มนำไปใช้ในบางประเด็นสำคัญแล้ว

รูปที่ 1 หลักการเชื่อมแบบไฮบริดอาร์คด้วยเลเซอร์

02การวิจัยเกี่ยวกับการเชื่อมแบบไฮบริดอาร์คด้วยเลเซอร์ของแผ่นหนา

สถาบันเทคโนโลยีอุตสาหกรรมแห่งนอร์เวย์และมหาวิทยาลัยเทคโนโลยี Lule ในสวีเดน ศึกษาความสม่ำเสมอของโครงสร้างของข้อต่อเชื่อมคอมโพสิตที่มีกำลังต่ำกว่า 15kW สำหรับเหล็กกล้าอัลลอยด์ต่ำที่มีความแข็งแรงสูงผสมไมโครความหนา 45 มม. มหาวิทยาลัยโอซาก้าและสถาบันวิจัยโลหการกลางของอียิปต์ใช้ไฟเบอร์เลเซอร์ขนาด 20kW เพื่อทำการวิจัยเกี่ยวกับกระบวนการเชื่อมไฮบริดด้วยเลเซอร์อาร์คแบบผ่านครั้งเดียวของแผ่นหนา (25 มม.) โดยใช้แผ่นรองด้านล่างเพื่อแก้ปัญหาโคกด้านล่าง บริษัท Danish Force Technology ใช้ดิสก์เลเซอร์ขนาด 16 kW สองตัวติดต่อกันเพื่อทำการวิจัยเกี่ยวกับการเชื่อมแบบไฮบริดของแผ่นเหล็กหนา 40 มม. ที่ 32 kW ซึ่งบ่งชี้ว่าการเชื่อมอาร์กด้วยเลเซอร์กำลังสูงคาดว่าจะใช้ในการเชื่อมฐานหอพลังงานลมนอกชายฝั่ง ดังแสดงในรูปที่ 2 Harbin Welding Co., Ltd. เป็นรายแรกในประเทศที่เชี่ยวชาญเทคโนโลยีหลักและเทคโนโลยีการรวมอุปกรณ์ของการเชื่อมแหล่งความร้อนแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์ละลายด้วยเลเซอร์แข็งกำลังสูง นับเป็นครั้งแรกที่ประสบความสำเร็จในการใช้เทคโนโลยีและอุปกรณ์การเชื่อมอาร์กไฮบริดแบบโซลิดเลเซอร์-ลวดคู่ลวดแข็งกำลังสูงกับอุปกรณ์ระดับไฮเอนด์ในประเทศของฉัน การผลิต.

รูปที่ 2 แผนผังการติดตั้งเลเซอร์

จากสถานะการวิจัยปัจจุบันของการเชื่อมแผ่นหนาด้วยเลเซอร์อาร์คไฮบริดทั้งในและต่างประเทศ จะเห็นได้ว่าการผสมผสานระหว่างวิธีการเชื่อมด้วยเลเซอร์อาร์คไฮบริดและร่องช่องว่างแคบสามารถบรรลุการเชื่อมแผ่นหนาได้ เมื่อกำลังเลเซอร์เพิ่มขึ้นเป็นมากกว่า 10,000 วัตต์ ภายใต้การฉายรังสีของเลเซอร์พลังงานสูง พฤติกรรมการกลายเป็นไอของวัสดุ กระบวนการปฏิสัมพันธ์ระหว่างเลเซอร์และพลาสมา สถานะที่มั่นคงของการไหลของสระหลอมเหลว กลไกการถ่ายเทความร้อน และ พฤติกรรมทางโลหะวิทยาของการเชื่อม การเปลี่ยนแปลงจะเกิดขึ้นเป็นองศาที่แตกต่างกัน เมื่อกำลังเพิ่มขึ้นเป็นมากกว่า 10,000 วัตต์ ความหนาแน่นของพลังงานที่เพิ่มขึ้นจะทำให้ระดับการระเหยกลายเป็นไอในบริเวณใกล้กับรูเล็กๆ รุนแรงขึ้น และแรงถีบกลับจะส่งผลโดยตรงต่อเสถียรภาพของรูเล็กๆ และการไหลของสระหลอมเหลว จึงส่งผลต่อกระบวนการเชื่อม การเปลี่ยนแปลงนี้มีผลกระทบต่อการใช้งานเลเซอร์และกระบวนการเชื่อมคอมโพสิตโดยไม่สำคัญ ปรากฏการณ์ลักษณะเฉพาะเหล่านี้ในกระบวนการเชื่อมสะท้อนถึงความเสถียรของกระบวนการเชื่อมทั้งทางตรงและทางอ้อมและยังสามารถกำหนดคุณภาพของการเชื่อมได้อีกด้วย ผลการควบแน่นของแหล่งความร้อนทั้งสองแห่งของเลเซอร์และส่วนโค้งสามารถทำให้แหล่งความร้อนทั้งสองให้คุณสมบัติเฉพาะของตัวเองได้เต็มที่ และได้รับเอฟเฟกต์การเชื่อมที่ดีกว่าการเชื่อมด้วยเลเซอร์เดี่ยวและการเชื่อมอาร์ก เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการเชื่อมด้วยเลเซอร์อัตโนมัติ วิธีการเชื่อมนี้มีข้อดีคือสามารถปรับช่องว่างได้แข็งแรงและมีความหนาในการเชื่อมได้มาก เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการเชื่อมเติมลวดเลเซอร์ช่องว่างแคบของแผ่นหนา มันมีข้อดีของประสิทธิภาพการหลอมลวดสูงและเอฟเฟกต์ฟิวชั่นร่องที่ดี - นอกจากนี้ การดึงดูดของเลเซอร์ต่อส่วนโค้งช่วยเพิ่มความเสถียรของส่วนโค้ง ทำให้การเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์อาร์คได้เร็วกว่าการเชื่อมอาร์กแบบดั้งเดิมและการเชื่อมลวดเลเซอร์ฟิลเลอร์โดยมีประสิทธิภาพการเชื่อมค่อนข้างสูง

03 การประยุกต์ใช้การเชื่อมแบบไฮบริดอาร์คด้วยเลเซอร์กำลังสูง

เทคโนโลยีการเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์อาร์คกำลังสูงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการต่อเรือ อู่ต่อเรือ Meyer ในเยอรมนีได้จัดตั้งสายการผลิตการเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์อาร์กด้วยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ขนาด 12kW สำหรับการเชื่อมแผ่นเรียบของตัวเรือและตัวทำให้แข็ง เพื่อให้เกิดการเชื่อมเนื้อปลายาว 20 เมตรในครั้งเดียว และลดระดับการเสียรูปลง 2/3 GE พัฒนาระบบการเชื่อมแบบไฮบริดอาร์คด้วยไฟเบอร์เลเซอร์ที่มีกำลังขับสูงสุด 20kW เพื่อเชื่อมเรือบรรทุกเครื่องบิน USS Saratoga ซึ่งช่วยประหยัดโลหะเชื่อมได้ 800 ตัน และลดชั่วโมงการทำงานลง 80% ดังแสดงในรูปที่ 3 CSSC 725 ใช้ ระบบการเชื่อมไฮบริดอาร์คเลเซอร์กำลังสูงด้วยไฟเบอร์เลเซอร์ขนาด 20kW ซึ่งสามารถลดการเสียรูปในการเชื่อมได้ 60% และเพิ่มประสิทธิภาพในการเชื่อมได้ 300% อู่ต่อเรือ Shanghai Waigaoqiao ใช้ระบบการเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์เลเซอร์กำลังสูง 16kW สายการผลิตใช้เทคโนโลยีกระบวนการใหม่ของการเชื่อมด้วยเลเซอร์ไฮบริด + การเชื่อม MAG เพื่อให้ได้การเชื่อมแบบผ่านเดียวด้านเดียวและการขึ้นรูปสองด้านของแผ่นเหล็กหนา 4-25 มม. เทคโนโลยีการเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์อาร์คกำลังสูงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในยานเกราะ ลักษณะการเชื่อมคือ: การเชื่อมโครงสร้างโลหะที่ซับซ้อนที่มีความหนาขนาดใหญ่ ต้นทุนต่ำ และการผลิตที่มีประสิทธิภาพสูง

รูปที่ 3 เรือบรรทุกเครื่องบิน USS Sara Toga

เทคโนโลยีการเชื่อมแบบไฮบริดอาร์คด้วยเลเซอร์กำลังสูงได้ถูกนำมาใช้ครั้งแรกในสาขาอุตสาหกรรมบางประเภท และจะกลายเป็นวิธีการสำคัญสำหรับการผลิตโครงสร้างขนาดใหญ่ที่มีความหนาของผนังปานกลางและใหญ่อย่างมีประสิทธิภาพ ปัจจุบันยังขาดการวิจัยเกี่ยวกับกลไกของการเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์-อาร์กกำลังสูง ซึ่งจำเป็นต้องได้รับการปรับปรุงเพิ่มเติม เช่น ปฏิกิริยาระหว่างโฟโตพลาสมากับส่วนโค้ง และปฏิสัมพันธ์ระหว่างส่วนโค้งและสระหลอมเหลว ยังคงมีปัญหามากมายที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขในกระบวนการเชื่อมแบบไฮบริดอาร์กด้วยเลเซอร์กำลังสูง เช่น กระบวนการกระบวนการที่แคบ คุณสมบัติทางกลที่ไม่สม่ำเสมอของโครงสร้างการเชื่อม และการควบคุมคุณภาพการเชื่อมที่ซับซ้อน เนื่องจากกำลังเอาต์พุตของเลเซอร์เกรดอุตสาหกรรมค่อยๆ เพิ่มขึ้น เทคโนโลยีการเชื่อมแบบไฮบริดอาร์คด้วยเลเซอร์กำลังสูงจะพัฒนาอย่างรวดเร็ว และเทคโนโลยีการเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์ใหม่ที่หลากหลายจะยังคงเกิดขึ้นต่อไป การแปลเป็นภาษาท้องถิ่น ขนาดใหญ่ และความชาญฉลาดจะเป็นแนวโน้มสำคัญในการพัฒนาอุปกรณ์เชื่อมเลเซอร์กำลังสูงในอนาคต