Pequeño artículo sobre soldadura química
Los haces están compuestos por electrones individuales, fotones, electrones e iones, o una combinación de dos o más partículas. Las fuentes de calor de alta densidad de potencia incluyen arco de plasma, haz de electrones, rayo láser y arco de haz láser de fuente de calor compuesto (TIG, MIG, plasma).
En la actualidad, los principales campos de la soldadura por haz de alta energía son: ① La ampliación de los equipos de haz de alta energía: la ampliación de la potencia y la ampliación de las piezas procesables (incluso la integración de piezas). ②Desarrollar nuevos equipos, como el modo de operación por pulsos y láseres de longitud de onda corta. ③ Equipos inteligentes y procesamiento flexible. ④Mejora y diagnóstico de la calidad del haz. ⑤ Estudiar el mecanismo de interacción entre la viga, la pieza de trabajo y el medio de procesamiento. ⑥Reorganización del haz. ⑦Soldadura de nuevos materiales. (8) Ampliación de campos de aplicación.
1 El último desarrollo en soldadura láser
1.1 Nuevos láseres
(1) DC slab) Láser de CO2, (2) Láser YAG bombeado por diodos, ( 3) láser de CO, (4) láser semiconductor y (5) láser excimer.
1.2 Amplificación de potencia del láser, modo de pulso y modo de haz de alta calidad
Tomemos como ejemplo la empresa estadounidense PRC. En los últimos años, la potencia del láser de CO2 utilizada para el corte era principalmente de 1500 ~ 2000 W, mientras que los productos líderes recientemente son de 4000 ~ 6000 W. El espesor del acero inoxidable y el acero al carbono que se puede cortar con 6000 W es de 35 mm y 40 milímetros respectivamente.
1.3 Equipos inteligentes y procesamiento flexible
Especialmente para el láser YAG, dado que puede transmitirse a través de fibra óptica, aporta una gran comodidad al procesamiento.
Las características principales son: ①Una máquina con múltiples funciones. ②Se puede utilizar una máquina láser para procesamiento de múltiples estaciones (hasta 6). ③La longitud máxima de la fibra óptica puede alcanzar los 60 m. ④Abra la interfaz de control. ⑤Tiene función de diagnóstico remoto.
Recombinación de haz de 1,4
Lo más importante es la recombinación láser-arco. En la soldadura de penetración profunda, el plasma se genera sobre el baño fundido. En el procesamiento de compuestos, el plasma generado por el láser es beneficioso para la estabilidad del arco. El procesamiento de compuestos puede mejorar la eficiencia del procesamiento; puede mejorar la soldabilidad de materiales con poca soldabilidad, como las aleaciones de aluminio y los aceros de doble fase; puede aumentar la estabilidad y confiabilidad de la soldadura, por lo general la soldadura con alambre láser es muy sensible y se vuelve fácil y duradera; Fiable cuando se combina con arco.
La recombinación láser-arco se compone principalmente de láser y TIG, plasma y GMA. Mediante la interacción del láser y el arco, se pueden superar las deficiencias de varios métodos, produciendo así buenos efectos compuestos.
Las ventajas de GMA son el bajo costo y la gran aplicabilidad debido al uso de alambre de relleno. Las desventajas son la profundidad de fusión profunda, la baja velocidad de soldadura y la gran carga de calor en la pieza de trabajo. La soldadura láser puede formar soldaduras profundas y estrechas, con alta velocidad de soldadura y bajo aporte de calor, pero requiere una gran inversión, requiere una alta precisión en la preparación de la pieza de trabajo y tiene poca adaptabilidad a materiales como el aluminio. El efecto compuesto del láser-GMA es: el arco aumenta el puenteo del espacio por dos razones: una es el alambre de relleno y la otra es un rango de calentamiento del arco más amplio, la potencia del arco determina el ancho de la parte superior de la soldadura; el plasma generado por el láser reduce la resistencia de encendido y mantenimiento del arco, haciendo que el arco sea más estable; la potencia del láser determina la profundidad de la soldadura; además, la combinación conduce a un aumento de la eficiencia y una mejora de la adaptabilidad de la soldadura; .
Desde una perspectiva energética, la recombinación del arco láser puede mejorar significativamente la eficiencia de la soldadura. Esto se basa principalmente en dos efectos: uno es que cuanto mayor es la densidad de energía, mayor es la velocidad de soldadura; el otro es el efecto de superposición de la interacción de dos fuentes de calor.
Comparación de energía de línea, sección transversal de soldadura y utilización de energía de GMA, adición de alambre láser y soldadura híbrida por arco láser.
El compuesto láser-TIG puede aumentar significativamente la velocidad de soldadura, que es aproximadamente el doble que la soldadura TIG; la pérdida por combustión del electrodo de tungsteno también se reduce considerablemente y la vida útil aumenta; La ranura también reduce el área de soldadura, similar a la soldadura láser. El Instituto Fraunhofer de Tecnología Láser de la Universidad de Ahern ha desarrollado una tecnología de soldadura híbrida láser de doble arco. En comparación con la soldadura híbrida de arco único con láser, la velocidad de soldadura se puede aumentar en aproximadamente 1/3 y la energía de la línea se puede reducir en un 25%.
La soldadura híbrida láser-plasma también se ha informado en el Centro de Conexiones Modernas de la Universidad de Conventry en el Reino Unido. Sus ventajas son: mayor velocidad de soldadura y profundidad de penetración; debido al calentamiento del arco, la temperatura del metal aumenta, lo que reduce la reflectividad del metal al láser y aumenta la absorción de energía luminosa. Basado en el experimento del láser de CO2 de baja potencia, se llevará a cabo con un láser de CO2 de 12 000 W y un láser YAG de 2 kW transmitidos por fibra óptica para sentar las bases del PALW del robot.
1.5 Investigación sobre la interacción entre láser, pieza de trabajo y gas protector
1.6 Soldadura láser de aleación de aluminio
La aleación de aluminio tiene una alta resistencia específica y buena resistencia a la corrosión. es ampliamente utilizado. Las principales dificultades en la soldadura con láser de CO2 de aleaciones de aluminio son la alta reflectividad, la buena conductividad térmica, la dificultad para alcanzar la temperatura de evaporación, la dificultad para inducir la formación de poros (especialmente cuando el contenido de Mg es relativamente bajo) y la fácil generación de poros. Además de la modificación química de la superficie (como la anodización), el recubrimiento de la superficie y el recubrimiento de la superficie, las medidas para mejorar la tasa de absorción incluyen informes láser-TIG y láser-MIG, entre los que se encuentra el método de posicionamiento de electrodos MIG-DC debido a su fuerte superficie. efecto de limpieza Y el efecto de aleación del alambre de soldadura es mejor.
Recientemente, L Cretteur de Bélgica y S Marya de Francia utilizaron soldadura láser de CO2 de una aleación de aluminio 6061 con una mezcla de gas y fundente. Bajo las condiciones de prueba dadas, cuando se usa 70He 30Ar y la dirección del flujo de aire es opuesta a la dirección de soldadura, el efecto es mejor para el defecto de hundimiento en la parte posterior de la soldadura durante la soldadura de penetración, se usa un fundente de 75 LiF 25LiCl para eliminarlo. oxidación y mejora la conexión entre el metal fundido en la parte posterior y la combinación del metal base le da a la soldadura de la parte posterior un efecto "hacia arriba", formando una soldadura regular dentro de un amplio rango de parámetros. La soldadura de aleación de aluminio 6061 muestra que la resistencia de la soldadura puede alcanzar el 90% de la del metal base.
1.7 Revestimiento láser
En comparación con otros métodos de modificación de superficies, el revestimiento láser tiene las ventajas de una velocidad de calentamiento rápida, un bajo aporte de calor y una pequeña deformación. Alta fuerza de unión; baja tasa de dilución; el espesor de la capa modificada se puede controlar con precisión, con buen posicionamiento, fácil acceso y alta eficiencia de producción.
El revestimiento láser no solo se utiliza para productos civiles, sino también para el revestimiento y reparación de capas resistentes al calor y al desgaste de álabes de turbinas a base de níquel en motores de aviones en el Reino Unido, Estados Unidos Estados y otros países.
2. El último desarrollo en soldadura por haz de electrones y soldadura por arco de plasma.
El desarrollo de la soldadura por haz de electrones en el extranjero se puede resumir en: desarrollo de dispositivos de ultra alta densidad de energía, inteligencia y flexibilidad de los equipos, diagnóstico de las características de la corriente del haz de electrones, investigación sobre el mecanismo de interacción entre el haz y la materia. , Investigación sobre equipos y tecnología de soldadura por haz de electrones sin vacío.
Japón ha desarrollado una máquina de soldadura por haz de electrones de voltaje ultraalto con un voltaje de aceleración de 600 kV y una potencia de 300 kW. Puede soldar acero inoxidable de 200 mm a la vez, con una relación de aspecto de 70: 1.
Japón, Rusia y Alemania han llevado a cabo investigaciones sobre la tecnología de soldadura por haz de electrones con relleno de alambre de doble pistola. Sobre la base de la primera soldadura de placas gruesas, el segundo alambre de relleno se utiliza para compensar las abolladuras o defectos recortados en la parte superior; Japón utiliza pinzas dobles para lograr una soldadura de placas delgadas a velocidad ultraalta, sin salpicaduras en la parte superior; reverso y buen moldeado.
Las máquinas de soldadura por haz de electrones de banda fina bimetálicas y trimetálicas desarrolladas con éxito en Francia también han atraído considerable atención.
En cuanto a la soldadura por haz de electrones sin vacío, Alemania ha realizado la soldadura de relleno con alambre de piezas giratorias utilizando Al Mg0.4 Si1.2 como material base. El material del alambre de relleno es AlMg4.5Mn y la alimentación del alambre. La velocidad es de 35 m/min. La velocidad de soldadura es de hasta 60 m/min. La investigación se llevó a cabo en una máquina de soldadura por haz de electrones de 25 kW en la Universidad de Stuttgart.
La soldadura por haz de electrones sin vacío ha atraído mucha atención en el campo de la fabricación de automóviles. Por ejemplo, la tasa de producción de soldadura por haz de electrones sin vacío de anillos y engranajes de sincronización de transmisiones manuales ha superado las 500 piezas/hora.
Recientemente, académicos alemanes y polacos han desarrollado un dispositivo de medición de temperatura sin contacto instalado en una cámara de vacío durante la soldadura por haz de electrones al vacío. El diámetro mínimo del punto de medición es de 1,8 mm y se utiliza principalmente para soldar cerámica y carburo. Este dispositivo puede eliminar la interferencia del flujo de calor aleatorio y tiene una alta precisión de medición.
En la soldadura por arco de plasma, la soldadura por arco de plasma de polaridad variable y la soldadura vertical por plasma de perforación de aleación de aluminio son uno de los temas a los que la gente presta atención.
3. La situación actual de la soldadura por haz de alta energía en China
En mi país, la soldadura por haz de alta energía ha recibido cada vez más atención por parte de personas relacionadas con la soldadura, la física, láseres, materiales, máquinas herramienta, ordenadores, etc. Existe una cierta brecha entre China y los países extranjeros en términos de nivel de equipamiento, pero en términos de investigación de procesos, el nivel es relativamente cercano e incluso tiene sus propias características en algunos aspectos.
3.1 Soldadura láser
En términos de producción e investigación de equipos, produce principalmente equipos láser de CO2 a nivel de kilovatios y equipos láser YAG de estado sólido por debajo de 1 kilovatio.
La investigación nacional sobre soldadura láser se centra principalmente en el mecanismo de formación, análisis de características, detección y control del plasma de soldadura láser, simulación de soldadura láser de penetración profunda, aplicación de fuente de calor compuesta de arco láser, revestimiento láser, etc. . aspecto. La Universidad de Tsinghua analizó la señal acústica del estado de penetración desde la perspectiva de la acústica y la electricidad, y propuso un circuito equivalente y un modelo matemático de las características eléctricas del plasma de soldadura láser. En términos de suprimir los efectos negativos del plasma, Zhang Xudong y Chen Wuzhu de la Universidad de Tsinghua propusieron el método de succión lateral y Xiao Rongshi y Zuo Tiechuan del Centro Nacional de Tecnología Láser de Investigación Académica e Industrial propusieron un método para soplar diferentes gases a través de doble chorro; capas de tubos circulares internos y externos; la Universidad Politécnica del Noroeste Liu Jinhe propuso el método del campo magnético externo.
3.2 Soldadura por haz de electrones
Las máquinas de soldadura por haz de electrones de desarrollo propio de mi país comenzaron en la década de 1960. Hasta ahora, se han desarrollado y desarrollado cientos de máquinas de soldadura por haz de electrones de diferentes tipos y funciones. producido y formado Hemos establecido un equipo técnico para proporcionar máquinas de soldadura por haz de electrones de baja potencia para el mercado nacional.
En los últimos años, se han importado componentes clave (como cañones de electrones, fuentes de alimentación de alto voltaje, etc.) y otros componentes se han suministrado en el país. La ventaja de este método es que el equipo no solo mantiene un alto nivel técnico, sino que también reduce en gran medida el costo y también puede brindar a los usuarios un mejor servicio posventa.
Actualmente, las máquinas de soldadura por haz de electrones específicas para engranajes de automóviles representadas por la serie EBW del Instituto de Ingeniería Eléctrica de la Academia de Ciencias de China ocupan la principal cuota de mercado de soldadura por haz de electrones de engranajes de automóviles en mi país. Las máquinas de soldadura por haz de electrones de pequeña y mediana potencia de mi país están cerca o alcanzando el nivel avanzado de productos extranjeros similares. El precio es solo aproximadamente 1/4 del de productos extranjeros similares y la ventaja de rentabilidad es obvia.
En términos de investigación de mecanismos y tecnología, la Universidad de Aeronáutica y Astronáutica de Beijing, la Universidad de Aeronáutica y Astronáutica de Beijing, la Universidad de Tianjin, la Universidad Jiao Tong de Shanghai, la Universidad Politécnica del Noroeste, el Instituto Chino de Ingeniería Eléctrica, la Investigación Eléctrica de Guilin Instituto, Motor Aeroespacial de Xi'an El trabajo llevado a cabo por la empresa y el Instituto de Tecnología y Materiales Aeroespaciales involucra dinámica de orificios en piscinas fundidas, soldadura fuerte con haz de electrones, comportamiento de crecimiento de grietas por fatiga en las uniones, tensión residual en las uniones, soldadura con alambre de relleno y enseñanza de la trayectoria de la soldadura en soldadura al vacío parcial, etc.
3.3 Soldadura por arco de plasma
En términos de equipos de soldadura por arco de plasma, la Universidad Politécnica Northwestern ha llevado a cabo investigaciones sobre la tecnología de soldadura por pulverización de plasma pulsado. Al conectar un interruptor sin contacto IGBT de alta frecuencia entre la pieza de trabajo y el ánodo (boquilla) de la pistola pulverizadora, se realizó con éxito la operación alterna de alta frecuencia del arco transferido y el arco no transferido, y se realizó la soldadura por pulverización de plasma bajo una única fuente de alimentación. . La Universidad Xi Jiaotong ha llevado a cabo investigaciones sobre equipos de soldadura por arco de plasma de polaridad variable adecuados para aluminio, magnesio y sus aleaciones. Las medias ondas positivas y negativas del arco principal son alimentadas por dos fuentes de alimentación de CC respectivamente, lo que realiza una soldadura de polaridad variable de la pieza de trabajo (aluminio), que no solo estabiliza el arco, sino que también tiene una función confiable de limpieza del cátodo. El Instituto de Industria Aeronáutica de Beijing ha llevado a cabo una investigación sobre el proceso de soldadura por arco de plasma pulsado "un pulso, un orificio". En términos de detección de las características y el comportamiento de pequeños agujeros en la soldadura por arco de plasma, el Instituto de Tecnología de Harbin, la Universidad de Beihang y la Universidad de Tsinghua detectan respectivamente el establecimiento, el cierre y el tamaño de pequeños agujeros mediante el análisis espectral de la información espectral, el voltaje y la corriente del arco; Xibao de la Universidad de Tianjin y Zhang Wenzhong analizaron el comportamiento de transmisión del polvo en el arco de transferencia durante la soldadura del revestimiento de polvo por arco de plasma y sus principales factores de influencia. Calculó la distribución de la velocidad de transmisión del polvo de aleación a base de hierro y el polvo de carburo de boro en la columna del arco. diferentes parámetros y el caudal de polvo a lo largo del arco. Distribución de las secciones transversales de la columna. En una aplicación importante, Xi'an Aero Engine Company utilizó equipos eléctricos de fabricación propia y pistolas de soldadura de plasma importadas para mejorar el proceso de cierto tipo de motor aeronáutico.