Laser-Arc-Hybrid-Schweißtechnologie für den Schiffseinsatz Stahl

Die Effizienz der Schweißproduktion und die Schweißqualität wirken sich direkt auf den Produktionszyklus, die Kosten und die Rumpfqualität der Schiffsbearbeitung und -herstellung aus, sodass die Schweißtechnologie zu einer Schlüsseltechnologie in der Schiffsverarbeitung und -herstellung und der Entwicklung der Schiffbauindustrie geworden ist. Gegenüber herkömmlichen Schweißverfahren bietet das Laserschweißen viele Vorteile wie hohe Effizienz, Sauberkeit, schmale Wärmeeinflusszone und geringe Fügeverformung. Dies liegt daran, dass die Laserstrahlenergiedichte extrem hoch ist, die Leistungsdichte 106 ~ 108 W/cm2 beträgt, das Seitenverhältnis groß ist und es eine gute Schweißwirkung auf schwer zu schweißende Materialien wie Metalle mit hohem Schmelzpunkt hat; Gleichzeitig ist die Laserschweißgeschwindigkeit hoch und der Wärmeeintrag gering. , Damit die Wärmeeinflusszone klein ist, sind Materialverformung und Eigenspannung klein. Laserschweißanwendungen haben jedoch auch gewisse Einschränkungen, die sich hauptsächlich in hohen Schweißkosten und einem geringen Energieumwandlungswirkungsgrad äußern. Diese Situation hat die Entwicklung der Laser-Lichtbogen-Hybrid-Schweißtechnologie gefördert.

Das Laser-Lichtbogen-Hybridschweißen kombiniert die Vorteile der beiden unabhängigen Wärmequellen Laser und Lichtbogen: Die Laserwärmequelle hat eine hohe Energiedichte, während das Lichtbogenplasma eine hohe Wärme-Elektro-Umwandlungseffizienz, niedrige Ausrüstungskosten und Betriebskosten aufweist; Die Nachteile der beiden werden weitgehend vermieden, wie der Laserenergieverlust durch die hohe Reflektivität des Metallmaterials für den Laser, die geringere Energiedichte der Lichtbogenwärmequelle und die schlechte Entladungsstabilität bei hohen Temperaturen. Geschwindigkeit Bewegung. Die organische Kombination aus beidem bildet seine herausragenden Vorteile: hohe Energiedichte, hohe Energieausnutzung, hohe Lichtbogenstabilität etc. und macht es zu einer neuen Schweißtechnologie mit großen Anwendungsperspektiven.

Das Grundprinzip des Laser-Lichtbogen-Hybridschweißens ist: Während des Schweißprozesses wirken Laserstrahl und Lichtbogen gleichzeitig auf die gleiche Position auf der Metalloberfläche. Die durch die Laserwirkung erzeugte photoinduzierte Plasmawolke verringert die Laserenergienutzungsrate. Nach dem Hinzufügen des Lichtbogens verursacht das Lichtbogenplasma Die laserinduzierte Plasmaverdünnung verbessert die Effizienz der Laserenergieübertragung; gleichzeitig erhöht der Lichtbogen die Temperatur des Grundmaterials und auch die Absorptionsrate des Grundmaterials zum Laser wird verbessert. Gleichzeitig stellt das Laserschmelzmetall freie Elektronen für den Lichtbogen bereit, was den Widerstand des Lichtbogenkanals verringert, so dass auch die Energieausnutzung des Lichtbogens verbessert wird, wodurch der Gesamtenergienutzungsgrad erhöht wird. Der Laserstrahl hat zudem eine fokussierende und lenkende Wirkung auf den Lichtbogen, wodurch der Lichtbogen während des Schweißprozesses stabiler wird.

Eine Vielzahl von Testergebnissen zeigt, dass das Laser-Lichtbogen-Hybridschweißen bei gleicher Schweißspezifikation im Vergleich zum herkömmlichen Ein-Wärmequellen-Schweißen die Einschweißtiefe deutlich erhöhen kann. Da der gleiche Effekt mit einer kleineren Laserleistung erzielt werden kann, wird er bis zu einem gewissen Grad reduziert. Kosten. Das Laser-Lichtbogen-Hybridschweißen kann auch das Auftreten von Schweißfehlern wie Poren, Rissen und Hinterschneidungen reduzieren, die Benetzbarkeit von geschmolzenem Metall und festem Grundmetall verbessern, Schweißhinterschneidungen beseitigen und den Verarbeitungs- und Montageaufwand von Schweißnähten reduzieren. Verbessern Sie die Produktionseffizienz.

Besonders hervorzuheben ist, dass die Schweißverformung eines der Hauptprobleme im Schiffbau ist, die gelöst werden müssen. Im Rumpfherstellungsprozess machen Schweißstunden und Schweißkosten einen großen Teil der gesamten Arbeitsstunden und Gesamtkosten des Rumpfbaus aus, und die Kostensteigerung durch Schweißverformung macht einen erheblichen Anteil aus. Das Laser-Lichtbogen-Hybridschweißen weist eine sehr geringe Verformung auf, und der Arbeitsaufwand für das Trimmen nach dem Schweißen wird erheblich reduziert, was die Kosten des Schiffbaus weiter senkt, Zeit spart und die Effizienz verbessert. Derzeit haben einige Werften in Europa, Amerika und Japan die Laser-Lichtbogen-Hybridschweißtechnologie eingeführt. Beispielsweise hat die Meyer Werft in Deutschland das Laser-Lichtbogen-Hybridschweißen für Schiffe übernommen. Studien haben bestätigt, dass die Schweißgeschwindigkeit von Stahlblechen mit einer Dicke von weniger als 15 mm und einer Länge von weniger als 20 Metern 3 Meter pro Minute erreichen kann.

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