01 Soudage hybride laser-arc de plaques épaisses
Le soudage de tôles épaisses (épaisseur ≥ 20 mm) joue un rôle clé dans la fabrication de gros équipements dans des domaines importants tels que l'aérospatiale, la navigation et la construction navale, le transport ferroviaire, etc. Ces composants sont généralement caractérisés par une grande épaisseur, des formes de joint complexes et un service complexe. environnements. La qualité du soudage a un impact direct sur les performances et la durée de vie de l’équipement. En raison de la vitesse de soudage lente et de graves problèmes de projections, la méthode de soudage traditionnelle sous protection gazeuse est confrontée à des défis tels qu'une faible efficacité de soudage, une consommation d'énergie élevée et des contraintes résiduelles importantes, ce qui rend difficile la satisfaction des exigences de fabrication toujours croissantes. Cependant, la technologie de soudage hybride laser-arc est différente de la technologie de soudage traditionnelle. Il combine avec succès les avantages desoudage au laseret le soudage à l'arc, et présente les caractéristiques d'une grande profondeur de pénétration, d'une vitesse de soudage rapide, d'un rendement élevé et d'une meilleure qualité de soudure, comme le montre la figure 1. Par conséquent, cette technologie a attiré une large attention et a commencé à être appliquée dans certains domaines clés.
Figure 1 Principe du soudage hybride laser-arc
02Recherche sur le soudage hybride laser-arc de tôles épaisses
L'Institut norvégien de technologie industrielle et l'Université de technologie de Lule en Suède ont étudié l'uniformité structurelle des joints soudés composites de moins de 15 kW pour un acier faiblement allié à haute résistance micro-allié de 45 mm d'épaisseur. L'Université d'Osaka et l'Institut central de recherche métallurgique d'Égypte ont utilisé un laser à fibre de 20 kW pour mener des recherches sur le processus de soudage hybride laser-arc en un seul passage de plaques épaisses (25 mm), en utilisant un revêtement inférieur pour résoudre le problème de la bosse inférieure. La société danoise Force Technology a utilisé deux lasers à disque de 16 kW en série pour mener des recherches sur le soudage hybride de plaques d'acier de 40 mm d'épaisseur à 32 kW, ce qui indique que le soudage à l'arc laser de haute puissance devrait être utilisé dans le soudage de la base des tours éoliennes offshore. , comme le montre la figure 2. Harbin Welding Co., Ltd. est la première du pays à maîtriser la technologie de base et la technologie d'intégration d'équipement du soudage à source de chaleur hybride à l'arc avec électrode de fusion laser solide de haute puissance. C'est la première fois que j'applique avec succès la technologie et l'équipement de soudage hybride à l'arc à électrode de fusion à laser solide et à double fil de haute puissance à des équipements haut de gamme dans mon pays. fabrication.
Figure 2. Schéma de configuration de l'installation du laser
Selon l'état actuel de la recherche sur le soudage hybride laser-arc de plaques épaisses au pays et à l'étranger, on peut voir que la combinaison de la méthode de soudage hybride laser-arc et de la rainure à espace étroit peut réaliser le soudage de plaques épaisses. Lorsque la puissance du laser augmente jusqu'à plus de 10 000 watts, sous l'irradiation d'un laser à haute énergie, le comportement de vaporisation du matériau, le processus d'interaction entre le laser et le plasma, l'état stable de l'écoulement du bain de fusion, le mécanisme de transfert de chaleur et le comportement métallurgique de la soudure Des modifications se produiront à des degrés divers. À mesure que la puissance augmente jusqu'à plus de 10 000 watts, l'augmentation de la densité de puissance intensifiera le degré de vaporisation dans la zone proche du petit trou, et la force de recul affectera directement la stabilité du petit trou et le débit du bassin en fusion, affectant ainsi le processus de soudage. Les changements ont un impact non négligeable sur la mise en œuvre du laser et de ses procédés de soudage des composites. Ces phénomènes caractéristiques du processus de soudage reflètent dans une certaine mesure directement ou indirectement la stabilité du processus de soudage et peuvent même déterminer la qualité de la soudure. L'effet de couplage des deux sources de chaleur laser et arc peut permettre aux deux sources de chaleur de jouer pleinement sur leurs propres caractéristiques et d'obtenir de meilleurs effets de soudage que le soudage laser unique et le soudage à l'arc. Par rapport à la méthode de soudage autogène au laser, cette méthode de soudage présente les avantages d'une forte adaptabilité des écarts et d'une grande épaisseur soudable. Comparé à la méthode de soudage de remplissage de fil laser à espace étroit de plaques épaisses, il présente les avantages d'une efficacité de fusion de fil élevée et d'un bon effet de fusion de rainure. . De plus, l'attraction du laser vers l'arc améliore la stabilité de l'arc, rendant le soudage hybride laser-arc plus rapide que le soudage à l'arc traditionnel etsoudage au fil d'apport au laser, avec une efficacité de soudage relativement élevée.
03 Application de soudage hybride laser-arc haute puissance
La technologie de soudage hybride laser-arc haute puissance est largement utilisée dans l’industrie de la construction navale. Le chantier naval Meyer en Allemagne a mis en place une ligne de production de soudage hybride laser-arc CO2 de 12 kW pour le soudage de plaques plates et de raidisseurs de coque afin de réaliser la formation de soudures d'angle de 20 m de long en une seule fois et de réduire le degré de déformation de 2/3. GE a développé un système de soudage hybride laser-arc à fibre avec une puissance de sortie maximale de 20 kW pour souder le porte-avions USS Saratoga, économisant 800 tonnes de métal soudé et réduisant les heures de travail de 80 %, comme le montre la figure 3. Le CSSC 725 adopte un Système de soudage hybride laser-arc haute puissance laser à fibre 20 kW, qui peut réduire la déformation du soudage de 60 % et augmenter l'efficacité du soudage de 300 %. Le chantier naval de Shanghai Waigaoqiao utilise un système de soudage hybride laser-arc haute puissance laser à fibre de 16 kW. La ligne de production adopte une nouvelle technologie de processus de soudage hybride laser + soudage MAG pour réaliser un soudage simple face en un seul passage et un formage double face de plaques d'acier de 4 à 25 mm d'épaisseur. La technologie de soudage hybride laser-arc haute puissance est largement utilisée dans les véhicules blindés. Ses caractéristiques de soudage sont les suivantes : soudage de structures métalliques complexes de grande épaisseur, fabrication à faible coût et à haut rendement.
Figure 3. Porte-avions USS Sara Toga
La technologie de soudage hybride laser-arc à haute puissance a été initialement appliquée dans certains domaines industriels et deviendra un moyen important pour la fabrication efficace de grandes structures avec des épaisseurs de paroi moyennes et grandes. À l'heure actuelle, il y a un manque de recherche sur le mécanisme du soudage hybride laser-arc de haute puissance, qui doit être encore renforcé, comme l'interaction entre le photoplasma et l'arc et l'interaction entre l'arc et le bain de fusion. Il existe encore de nombreux problèmes non résolus dans le processus de soudage hybride laser-arc haute puissance, tels qu'une fenêtre de processus étroite, des propriétés mécaniques inégales de la structure de soudure et un contrôle qualité du soudage compliqué. À mesure que la puissance de sortie des lasers de qualité industrielle augmente progressivement, la technologie de soudage hybride laser-arc haute puissance se développera rapidement et une variété de nouvelles technologies de soudage hybride laser continueront d'émerger. La localisation, la grande échelle et l'intelligentisation seront des tendances importantes dans le développement d'équipements de soudage laser de haute puissance à l'avenir.
Heure de publication : 24 avril 2024
