تطبيق تكنولوجيا اللحام الهجين بقوس الليزر عالية الطاقة في مختلف المجالات الرئيسية

01 لحام هجين بقوس الليزر بلوحة سميكة

يلعب لحام الصفائح السميكة (سمك ≥ 20 مم) دورًا رئيسيًا في تصنيع المعدات الكبيرة في مجالات مهمة مثل الطيران والملاحة وبناء السفن والنقل بالسكك الحديدية وما إلى ذلك. وتتميز هذه المكونات عادةً بسماكة كبيرة وأشكال وصلات معقدة وخدمة معقدة البيئات. جودة اللحام لها تأثير مباشر على أداء وعمر المعدات. نظرًا لبطء سرعة اللحام ومشاكل التناثر الخطيرة، تواجه طريقة اللحام التقليدية المحمية بالغاز تحديات مثل انخفاض كفاءة اللحام، والاستهلاك العالي للطاقة، والإجهاد المتبقي الكبير، مما يجعل من الصعب تلبية متطلبات التصنيع المتزايدة باستمرار. ومع ذلك، فإن تكنولوجيا اللحام الهجين بقوس الليزر تختلف عن تكنولوجيا اللحام التقليدية. فهو يجمع بنجاح بين مزايااللحام بالليزرواللحام بالقوس، وله خصائص عمق الاختراق الكبير، وسرعة اللحام السريعة، والكفاءة العالية وجودة اللحام الأفضل، كما هو موضح في الشكل 1. ولذلك، فقد جذبت هذه التكنولوجيا اهتماما واسع النطاق وبدأ تطبيقها في بعض المجالات الرئيسية.

الشكل 1: مبدأ اللحام الهجين بقوس الليزر

02بحث في اللحام الهجين بقوس الليزر للصفائح السميكة

قام المعهد النرويجي للتكنولوجيا الصناعية وجامعة لولي للتكنولوجيا في السويد بدراسة التوحيد الهيكلي للوصلات الملحومة المركبة تحت 15 كيلوواط للصلب منخفض السبائك ذو السبائك الدقيقة بسمك 45 مم. استخدمت جامعة أوساكا والمعهد المركزي لبحوث المعادن في مصر ليزر ألياف بقدرة 20 كيلو وات لإجراء بحث حول عملية اللحام الهجين بقوس الليزر أحادي المسار للصفائح السميكة (25 مم)، باستخدام بطانة سفلية لحل مشكلة الحدبة السفلية. استخدمت شركة Danish Force Technology جهازي ليزر قرصيين بقدرة 16 كيلو وات على التوالي لإجراء بحث حول اللحام الهجين لألواح فولاذية بسمك 40 مم بقدرة 32 كيلو وات، مما يشير إلى أنه من المتوقع استخدام اللحام بقوس الليزر عالي الطاقة في اللحام بقاعدة برج طاقة الرياح البحرية ، كما هو موضح في الشكل 2. شركة Harbin Welding Co., Ltd. هي الأولى في البلاد التي تتقن التكنولوجيا الأساسية وتكنولوجيا تكامل المعدات الخاصة باللحام الهجين بمصدر الحرارة ذو القطب الكهربائي ذو الطاقة العالية بالليزر. إنها المرة الأولى التي يتم فيها تطبيق تكنولوجيا ومعدات اللحام الهجين بقوس ذوبان السلك الكهربائي ذو السلك المزدوج بالليزر الصلب عالي الطاقة بنجاح على المعدات المتطورة في بلدي. تصنيع.

الشكل 2. مخطط تخطيط تركيب الليزر

وفقًا لحالة البحث الحالية حول اللحام الهجين بقوس الليزر للألواح السميكة في الداخل والخارج، يمكن ملاحظة أن الجمع بين طريقة اللحام الهجين بقوس الليزر والأخدود الضيق يمكن أن يحقق لحام الألواح السميكة. عندما تزيد قوة الليزر إلى أكثر من 10000 واط، تحت إشعاع الليزر عالي الطاقة، فإن سلوك تبخر المادة، وعملية التفاعل بين الليزر والبلازما، والحالة المستقرة لتدفق البركة المنصهرة، وآلية نقل الحرارة، و سوف تحدث تغييرات في السلوك المعدني للحام بدرجات متفاوتة. ومع زيادة الطاقة إلى أكثر من 10000 واط، فإن زيادة كثافة الطاقة ستزيد من درجة التبخر في المنطقة القريبة من الثقب الصغير، وستؤثر قوة الارتداد بشكل مباشر على استقرار الثقب الصغير وتدفق البركة المنصهرة، مما يؤثر على عملية اللحام. التغييرات لها تأثير لا يستهان به على تنفيذ الليزر وعمليات اللحام المركبة. هذه الظواهر المميزة في عملية اللحام تعكس بشكل مباشر أو غير مباشر استقرار عملية اللحام إلى حد ما، بل ويمكن أن تحدد جودة اللحام. إن تأثير الاقتران بين مصدري الحرارة لليزر والقوس يمكن أن يجعل مصدري الحرارة يطلقان العنان لخصائصهما الخاصة ويحصلان على تأثيرات لحام أفضل من اللحام بالليزر الفردي واللحام القوسي. بالمقارنة مع طريقة اللحام الذاتي بالليزر، تتميز طريقة اللحام هذه بمزايا القدرة على التكيف مع الفجوة القوية والسمك الكبير القابل للحام. بالمقارنة مع طريقة لحام أسلاك اللحام بالليزر ذات الفجوة الضيقة للألواح السميكة، فإنها تتميز بمزايا كفاءة ذوبان الأسلاك العالية وتأثير دمج الأخدود الجيد. . بالإضافة إلى ذلك، فإن انجذاب الليزر إلى القوس يعزز استقرار القوس، مما يجعل اللحام الهجين بقوس الليزر أسرع من اللحام القوسي التقليدي.لحام سلك حشو الليزر، مع كفاءة لحام عالية نسبيا.

03 تطبيق اللحام الهجين بقوس الليزر عالي الطاقة

تُستخدم تقنية اللحام الهجين بقوس الليزر عالية الطاقة على نطاق واسع في صناعة بناء السفن. قامت شركة Meyer لبناء السفن في ألمانيا بإنشاء خط إنتاج لحام هجين بقوس ليزر ثاني أكسيد الكربون بقدرة 12 كيلو وات من أجل لحام الصفائح المسطحة وأدوات التقوية لتحقيق تشكيل شرائح لحام بطول 20 مترًا دفعة واحدة وتقليل درجة التشوه بنسبة 2/3. قامت GE بتطوير نظام لحام هجين بقوس الليزر والألياف بقدرة إنتاجية قصوى تصل إلى 20 كيلووات لحام حاملة الطائرات USS Saratoga، مما يوفر 800 طن من معدن اللحام ويقلل ساعات العمل بنسبة 80%، كما هو موضح في الشكل 3. يعتمد CSSC 725 نظام لحام هجين بقوس الليزر عالي الطاقة بألياف الليزر بقدرة 20 كيلو وات، والذي يمكنه تقليل تشوه اللحام بنسبة 60% وزيادة كفاءة اللحام بنسبة 300%. يستخدم حوض بناء السفن Shanghai Waigaoqiao نظام لحام هجين بقوس الليزر عالي الطاقة بقدرة 16 كيلو وات. يعتمد خط الإنتاج تقنية معالجة جديدة لللحام الهجين بالليزر + لحام MAG لتحقيق لحام أحادي الجانب وتشكيل مزدوج الجوانب لألواح فولاذية بسمك 4-25 مم. تُستخدم تقنية اللحام الهجين بقوس الليزر عالية الطاقة على نطاق واسع في المركبات المدرعة. خصائص اللحام الخاصة به هي: لحام الهياكل المعدنية المعقدة ذات السماكة الكبيرة، والتكلفة المنخفضة، والتصنيع عالي الكفاءة.

الشكل 3. حاملة الطائرات USS Sara Toga

تم تطبيق تقنية اللحام الهجين بقوس الليزر عالي الطاقة في البداية في بعض المجالات الصناعية وستصبح وسيلة مهمة للتصنيع الفعال للهياكل الكبيرة ذات سمك الجدار المتوسط ​​والكبير. في الوقت الحاضر، هناك نقص في الأبحاث حول آلية اللحام الهجين بقوس الليزر عالي الطاقة، والتي تحتاج إلى مزيد من التعزيز، مثل التفاعل بين البلازما الضوئية والقوس والتفاعل بين القوس والمسبح المنصهر. لا تزال هناك العديد من المشاكل التي لم يتم حلها في عملية اللحام الهجين بقوس الليزر عالي الطاقة، مثل نافذة العملية الضيقة، والخصائص الميكانيكية غير المستوية لهيكل اللحام، ومراقبة جودة اللحام المعقدة. مع زيادة الطاقة الناتجة من أشعة الليزر الصناعية تدريجياً، سوف تتطور تكنولوجيا اللحام الهجين بقوس الليزر عالي الطاقة بسرعة، وسوف تستمر مجموعة متنوعة من تقنيات اللحام الهجين بالليزر الجديدة في الظهور. سيكون التوطين والنطاق الواسع والذكاء اتجاهات مهمة في تطوير معدات اللحام بالليزر عالية الطاقة في المستقبل.