01 Soudage composite à l'arc laser de plaques épaisses
Le soudage de plaques épaisses (épaisseur supérieure ou égale à 20 mm) dans l'aérospatiale, les navires, le transport ferroviaire et d'autres domaines importants de la fabrication de gros équipements joue un rôle clé. Ces composants sont généralement caractérisés par une grande épaisseur, des formes de joints complexes et des environnements de service. La qualité du soudage a un impact direct sur les performances et la durée de vie de l’équipement. Les méthodes de soudage traditionnelles sous protection gazeuse présentent des défis tels qu'une faible efficacité de soudage, une consommation d'énergie élevée et des contraintes résiduelles élevées dues à des vitesses de soudage lentes et à de graves problèmes de projections, ce qui rend difficile de répondre aux exigences de fabrication toujours croissantes. Cependant, la technologie de soudage composite à l'arc laser est différente de la technologie de soudage traditionnelle en ce qu'elle intègre avec succès les avantages du soudage au laser et du soudage à l'arc et se caractérise par une grande profondeur de fusion, une vitesse de soudage rapide, un rendement élevé et 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.
02 Recherche sur le soudage composite arc-laser de plaques épaisses
L'Institut norvégien de technologie industrielle et l'Université suédoise des sciences et technologies de Lule pour l'acier faiblement allié à haute résistance microallié de 45 mm d'épaisseur, l'étude du cas de 15 kW d'uniformité de l'organisation des joints soudés composites. L'Université d'Osaka et l'Institut central égyptien de métallurgie utilisent un laser à fibre de 20 kW pour effectuer une recherche sur le processus de soudage composite à l'arc et au laser à plaque épaisse (25 mm), en utilisant le bas de la doublure inférieure 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 réaliser le cas de 32 kW de recherche sur le processus de soudage de plaques d'acier de 40 mm d'épaisseur, indiquant que le soudage à l'arc et au laser de haute puissance devrait être utilisé dans le soudage des tours d'énergie éolienne offshore, comme illustré à la figure 2. Ha soudage dans le premier à maîtriser la technologie de base de soudage à source de chaleur composite à arc à électrode fondue par laser solide de haute puissance et la technologie d'intégration d'équipement, le premier laser solide à haute puissance réussi - le soudage composite à arc à électrode fondue à deux fils technologie et équipement pour l'industrie chinoise de fabrication d'équipements haut de gamme.
Selon l'état de la recherche sur le soudage composite laser-arc à plaque épaisse dans le pays et à l'étranger, la méthode de soudage composite laser-arc et la combinaison de biseaux à écart étroit peuvent réaliser le soudage de plaques épaisses. Lorsque la puissance du laser est augmentée 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 du pool fondu l'écoulement, le mécanisme de transfert de chaleur et le comportement métallurgique du cordon de soudure subiront différents degrés de changement. Avec l'augmentation de la puissance à plus de 10 000 watts, l'augmentation de la densité de puissance augmentera le degré de vaporisation dans la région proche du petit trou, ce qui amènera la force de recul à affecter directement le petit trou et la stabilité du écoulement du bain de fusion, entraînant ainsi une modification du procédé de soudage, la mise en œuvre du laser et de son procédé de soudage des composites a un impact non négligeable. Ces caractéristiques du phénomène 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 faire jouer pleinement leurs propres caractéristiques, pour obtenir mieux qu'un seul effet de soudage au laser et de soudage à l'arc. Comparé à l'adaptabilité de l'espace et à l'épaisseur soudable et à d'autres avantages, le procédé de soudage et le procédé de soudage à fusion automatique au laser présentent d'autres avantages, par rapport au procédé de soudage par fil d'apport laser à espacement étroit pour tôles épaisses, présente une efficacité de fusion de fil élevée et un bon effet de fusion en biseau, ainsi que d'autres avantages. . De plus, l'attraction du laser vers l'arc améliore la stabilité de l'arc, ce qui rend le soudage hybride laser-arc plus rapide que le soudage à l'arc traditionnel et le soudage au fil d'apport laser, avec une efficacité de soudage relativement élevée.
Soudage hybride laser-arc
03 Applications de soudage hybride laser-arc haute puissance
La technologie de soudage composite à arc laser haute puissance a un large éventail d'applications dans l'industrie maritime. Le chantier naval allemand Meyer va établir une ligne de production de soudage composite laser-arc CO2 de 12 kW, pour le soudage de la coque de la plaque plate et du soudage des barres d'armature, afin d'obtenir une formation de soudure d'angle de 20 m de long, le degré de déformation est réduit de 2/3. GE a développé un système de soudage composite à arc et laser à fibre, d'une puissance de sortie maximale de 20 kW, soudant les porte-avions américains Sara toga, économisant 800 tonnes de métal soudé, réduisant ainsi de 80 % les heures de travail. 80 % du temps de travail, comme le montre la figure 3. Le CSBC 725 adopte un système de soudage composite à arc laser haute puissance laser à fibre de 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 adopte un système de soudage composite laser-arc haute puissance laser à fibre de 16 kW, la ligne de production adopte la nouvelle technologie de processus de soudage composite laser + soudage MAG, pour obtenir le soudage de plaques d'acier de 4-25 mm d'épaisseur simple face simple- passer le moulage double face par soudage. La technologie de soudage composite laser-arc haute puissance dans les véhicules blindés a un large éventail d'applications, ses caractéristiques de soudage : soudage de grandes épaisseurs de structures métalliques complexes, coût réduit, fabrication à haute efficacité.
La technologie de soudage composite à arc laser à haute puissance a été initialement appliquée dans un certain nombre de secteurs industriels et deviendra un moyen important de 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 de soudage composite arc-laser à haute puissance, qui doit être encore renforcé, comme l'interaction entre le plasma phototrope et l'arc et l'interaction entre l'arc et le bain de fusion. . Le procédé de soudage composite laser-arc haute puissance existe encore dans de nombreux problèmes non résolus, tels que la fenêtre de processus étroite, l'organisation de la soudure et les propriétés mécaniques de non-uniformité, le contrôle de la qualité du soudage est plus complexe. Avec l'augmentation progressive de la puissance de sortie du laser de qualité industrielle, la technologie de soudage composite laser-arc haute puissance se développera rapidement, et une variété de nouvelles technologies de soudage composites laser continueront d'émerger. La localisation, à grande échelle, intelligente sera le développement futur des équipements de soudage laser haute puissance est une tendance importante.
