01 Hybride laser-booglassen van dikke platen
Het lassen van dikke platen (dikte ≥ 20 mm) speelt een cruciale rol bij de productie van grote apparatuur in belangrijke sectoren zoals de lucht- en ruimtevaart, scheepvaart en scheepsbouw, spoorwegtransport, enz. Deze componenten kenmerken zich doorgaans door een grote dikte, complexe verbindingsvormen en complexe gebruiksomstandigheden. De laskwaliteit heeft een directe invloed op de prestaties en levensduur van de apparatuur. Door de lage lassnelheid en ernstige spatproblemen kampt de traditionele gasbeschermde lasmethode met uitdagingen zoals een lage lasefficiëntie, een hoog energieverbruik en grote restspanningen, waardoor het moeilijk is om te voldoen aan de steeds hogere productie-eisen. De laser-boog hybride lastechnologie verschilt echter van de traditionele lastechnologie. Het combineert met succes de voordelen vanlaserlassenen booglassen, en heeft de kenmerken van een grote indringdiepte, hoge lassnelheid, hoge efficiëntie en betere laskwaliteit, zoals weergegeven in Figuur 1. Daarom heeft deze technologie veel aandacht getrokken en wordt ze al toegepast in een aantal belangrijke sectoren.
Figuur 1. Principe van laser-booghybride lassen.
02Onderzoek naar laser-booghybride lassen van dikke platen
Het Noorse Instituut voor Industriële Technologie en de Technische Universiteit Lule in Zweden onderzochten de structurele uniformiteit van composietlasverbindingen bij een vermogen van minder dan 15 kW voor 45 mm dik microgelegeerd, hoogsterkte laaggelegeerd staal. De Universiteit van Osaka en het Centraal Metallurgisch Onderzoeksinstituut van Egypte gebruikten een 20 kW fiberlaser voor onderzoek naar het enkelvoudige laser-boog hybride lasproces van dikke platen (25 mm), waarbij een bodemvoering werd gebruikt om het probleem van de bodembult op te lossen. Het Deense bedrijf Force Technology Company gebruikte twee 16 kW schijflasers in serie voor onderzoek naar het hybride lassen van 40 mm dikke staalplaten bij 32 kW, wat erop wijst dat laser-booglassen met hoog vermogen naar verwachting zal worden gebruikt bij het lassen van funderingen van offshore windturbinetorens, zoals weergegeven in Figuur 2. Harbin Welding Co., Ltd. is het eerste bedrijf in het land dat de kerntechnologie en de integratietechnologie van apparatuur voor het hybride warmtebronlassen met een krachtige vaste laser en smeltelektrode beheerst. Het is de eerste keer dat de hybride lastechnologie en -apparatuur van een krachtige vaste laser met dubbele draad en smeltelektrode succesvol zijn toegepast in de productie van hoogwaardige apparatuur in mijn land.
Afbeelding 2. Plattegrond van de laserinstallatie
Volgens de huidige stand van het onderzoek naar laser-booghybride lassen van dikke platen in binnen- en buitenland, blijkt dat de combinatie van laser-booghybride lassen en een smalle groefverbinding het lassen van dikke platen mogelijk maakt. Wanneer het laservermogen toeneemt tot meer dan 10.000 watt, zullen onder invloed van de hoogenergetische laserstraling het verdampingsgedrag van het materiaal, het interactieproces tussen laser en plasma, de stabiliteit van de smeltbadstroom, het warmteoverdrachtsmechanisme en het metallurgische gedrag van de las in verschillende mate veranderen. Naarmate het vermogen toeneemt tot meer dan 10.000 watt, zal de toename van de vermogensdichtheid de mate van verdamping in het gebied rond de kleine groef intensiveren. De terugslagkracht zal direct van invloed zijn op de stabiliteit van de groef en de smeltbadstroom, en daarmee op het lasproces. Deze veranderingen hebben een niet te verwaarlozen impact op de toepassing van laserlassen en de bijbehorende gecombineerde lasprocessen. Deze karakteristieke verschijnselen in het lasproces weerspiegelen direct of indirect tot op zekere hoogte de stabiliteit van het lasproces en kunnen zelfs de kwaliteit van de las bepalen. Het koppelingseffect van de twee warmtebronnen, laser en boog, zorgt ervoor dat beide warmtebronnen hun eigen eigenschappen optimaal benutten en betere lasresultaten opleveren dan bij afzonderlijk laserlassen of booglassen. Vergeleken met de autogene laserlasmethode heeft deze lasmethode de voordelen van een sterke spleetaanpassing en een grote lasbare dikte. Vergeleken met de smalle spleetlasmethode voor het vullen van dikke platen met laserdraad, heeft deze methode de voordelen van een hoge smeltefficiëntie van de draad en een goed smeltingseffect. Bovendien verbetert de aantrekkingskracht van de laser op de boog de stabiliteit van de boog, waardoor laser-boog hybride lassen sneller is dan traditioneel booglassen.laserlasdraadlassen, met een relatief hoge lasefficiëntie.
03 Toepassing van hybride laser-booglassen met hoog vermogen
Hoogvermogen laser-boog hybride lastechnologie wordt veelvuldig gebruikt in de scheepsbouw. De Meyer-scheepswerf in Duitsland heeft een 12 kW CO2-laser-boog hybride laslijn opgezet voor het lassen van vlakke rompdelen en verstevigingen. Hiermee kunnen in één keer 20 meter lange hoeklassen worden gevormd, waarbij de vervorming met tweederde wordt verminderd. GE ontwikkelde een fiberlaser-boog hybride lassysteem met een maximaal vermogen van 20 kW voor het lassen van het vliegdekschip USS Saratoga, waarmee 800 ton lasmetaal werd bespaard en de arbeidstijd met 80% werd verkort, zoals weergegeven in Figuur 3. De CSSC 725 maakt gebruik van een 20 kW fiberlaser hoogvermogen laser-boog hybride lassysteem, waarmee de lasvervorming met 60% wordt verminderd en de lasefficiëntie met 300% wordt verhoogd. De Shanghai Waigaoqiao-scheepswerf gebruikt een 16 kW fiberlaser hoogvermogen laser-boog hybride lassysteem. De productielijn maakt gebruik van een nieuwe procestechnologie van laserhybride lassen + MAG-lassen om enkelzijdig lassen in één doorgang en dubbelzijdig vormen van 4-25 mm dikke staalplaten mogelijk te maken. De krachtige laser-booghybride lastechnologie wordt veel gebruikt in gepantserde voertuigen. De laseigenschappen zijn: het lassen van dikke, complexe metalen constructies, lage kosten en een zeer efficiënte productie.
Afbeelding 3. Vliegdekschip USS Sara Toga
Hoogvermogen laser-boog hybride lastechnologie wordt al toegepast in diverse industriële sectoren en zal een belangrijke methode worden voor de efficiënte productie van grote constructies met middelgrote tot grote wanddiktes. Momenteel is er nog weinig onderzoek gedaan naar het mechanisme van hoogvermogen laser-boog hybride lassen, met name naar de interactie tussen fotoplasma en boog, en de interactie tussen boog en smeltbad. Er zijn nog veel onopgeloste problemen in het hoogvermogen laser-boog hybride lasproces, zoals een smal procesvenster, ongelijkmatige mechanische eigenschappen van de lasconstructie en complexe kwaliteitscontrole. Naarmate het vermogen van industriële lasers toeneemt, zal de hoogvermogen laser-boog hybride lastechnologie zich snel ontwikkelen en zullen er steeds meer nieuwe laserhybride lastechnologieën ontstaan. Lokalisatie, grootschalig werken en intelligentie zullen belangrijke trends zijn in de ontwikkeling van hoogvermogen laserlasapparatuur in de toekomst.
Geplaatst op: 24 april 2024
