Што такое перадавыя тэхналогіі зваркі?
Развіццё навукі і тэхнікі прывяло да пастаяннага прагрэсу ў тэхналогіі зваркі, што прывяло да з'яўлення новых метадаў зваркі. Перадавыя тэхналогіі зваркі адносяцца да перадавых метадаў злучэння, якія выходзяць за рамкі традыцыйных (напрыклад, дугавая зварка ў абароненай асяроддзі, дугавая зварка пад флюсам і звычайная газавая дугавая зварка). З'яўленне і даследаванне гэтых перадавых метадаў зваркі з'яўляюцца вынікам міждысцыплінарнай інтэграцыі. Перадавыя тэхналогіі зваркі (напрыклад, высокаэнергетычная прамянёвая зварка, лазерна-дугавая гібрыдная зварка, вакуумна-дыфузійная зварка і г.д.)рабатызаваная зварка) знайшлі прымяненне ў электроніцы, энергетыцы, аўтамабільнай, аэракасмічнай, атамнай прамысловасці і іншых сектарах. Яны адыгрываюць вырашальную і незаменную ролю ў зварцы спецыяльных матэрыялаў і канструкцый, спрыяючы сацыяльнаму і тэхналагічнаму прагрэсу.
Зварка перадавых матэрыялаў цесна звязана з развіццём высокіх тэхналогій і мае унікальныя і незаменныя функцыі. Пасля хуткага развіцця ў 20 стагоддзі тэхналогія зваркі, як важнае звяно сучаснай прамысловасці, уступіла ў 21 стагоддзе са сталай сістэмай, пераходзячы ад ручной вытворчасці да механізаванай, аўтаматызаванай, інфармацыйна-арыентаванай і інтэлектуальнай вытворчасці. Гэта азначае новую эру ў навуцы і тэхніцы зваркі.
(1) Гібрыдная лазерна-дугавая зварка
Тэхналогія апрацоўкі высокаэнергетычным прамянём лічыцца найбольш перспектыўнай тэхналогіяй апрацоўкі ў 21 стагоддзі, якая, як мяркуюць, «прынясе рэвалюцыйныя змены ў тэхналогіі апрацоўкі матэрыялаў і вытворчасці», і ў цяперашні час з'яўляецца самай хуткарослай і найбольш даследаванай тэхнічнай галіной.
Развіццёзварачнае абсталяваннеТэма «вялікі маштаб» мае два значэнні: адно — павелічэнне магутнасці абсталявання, а другое — павелічэнне дэталяў, якія зварваюцца гэтым абсталяваннем. З-за высокіх аднаразовых інвестыцый у сучаснае зварачнае абсталяванне, асабліва лазерную і электронна-прамянёвую зварку, павелічэнне магутнасці, паляпшэнне глыбіні пранікнення і стабільнасці працэсу зваркі могуць адносна знізіць выдаткі на зварку, што робіць яе прымальнай для прамысловасці. Такім чынам, тэхналогія гібрыднай зваркі, заснаваная на лазерах, прыцягнула ўвагу. Фактычна, гібрыдная лазерна-дугавая зварка была прапанавана яшчэ ў 1970-х гадах, але стабільнае прамысловае прымяненне з'явілася толькі ў апошнія гады, галоўным чынам дзякуючы развіццю лазерных тэхналогій і абсталявання для дугавой зваркі, асабліва ўдасканаленню лазернай магутнасці і тэхналогіі кіравання дугой. Гібрыдная лазерна-дугавая зварка ў асноўным прадугледжвае спалучэнне лазера з вальфрамавай дугой у асяроддзі інэртнага газу (TIG), плазменнай дугой і актыўнай дугой. Дзякуючы ўзаемадзеянню паміж лазерам і дугой можна пераадолець недахопы кожнага метаду зваркі, што прыводзіць да добрага гібрыднага эфекту.
Лазерна-дугавая гібрыдная зварка значна паляпшае эфектыўнасць зваркі, галоўным чынам дзякуючы двум эфектам: па-першае, высокая шчыльнасць энергіі прыводзіць да больш высокай хуткасці зваркі і зніжэння цепластрат дэталі; па-другое, эфекту суперпазіцыі ўзаемадзеяння паміж двума крыніцамі цяпла. Пры зварцы сталі лазерная плазма стабілізуе дугу; у той жа час дуга ўваходзіць у замочную адтуліну расплаўленай ванны, зніжаючы страты энергіі. Камбінацыя лазера і TIG можа значна павялічыць хуткасць зваркі, прыкладна ўдвая ў параўнанні з TIG-зваркай. Знос вальфрамавага электрода таксама значна зніжаецца, павялічваючы яго тэрмін службы; вугал канаўкі таксама можа быць значна зменшаны, а плошча папярочнага сячэння зваркі падобная да плошчы лазернай зваркі. У параўнанні з аднадугавой лазернай гібрыднай зваркай, двухдугавая лазерна-дугавая гібрыдная зварка можа знізіць цеплапад'ём зваркі на 25% і павялічыць хуткасць зваркі прыкладна на 30%.
Асноўнымі перавагамі гібрыднай лазерна-дугавой (або плазменна-дугавой) зваркі з'яўляюцца палепшаная хуткасць зваркі і глыбіня пранікнення. З-за нагрэву дугі тэмпература металу павышаецца, што зніжае яго адбівальную здольнасць да лазера і павялічвае паглынанне светлавой энергіі. Гэты метад быў пратэставаны на нізкаэнергетычнай зварцы CO₂-лазерам, а таксама на CO₂-лазерам магутнасцю 12 кВт і YAG-лазерах магутнасцю 2 кВт з аптычнай валаконнай перадачай, што заклала аснову для рабатызаванай гібрыднай лазерна-дугавой (або плазменна-дугавой) зваркі. У апошнія гады тэхналогія гібрыднай зваркі, якая нарадзілася на аснове гібрыднай лазерна-дугавой зваркі, дасягнула значнага развіцця, і яе прымяненне ў складаных кампанентах у аэракасмічнай, ваеннай і іншых сектарах прыцягвае ўсё большую ўвагу. У цяперашні час тэхналогія гібрыднай зваркі, якая спалучае высокаэнергетычныя прамяні з рознымі дугамі, стала адной з гарачых кропак у галіне высокаэнергетычнай прамянёвай зваркі.
(2) Зварка трэннем з перамешваннем
Зварка трэннем з перамешваннем (FSW) — гэта запатэнтаваная тэхналогія зваркі, распрацаваная Інстытутам зваркі (TWI) Вялікабрытаніі ў пачатку 1990-х гадоў. Яна дазваляе зварваць каляровыя металы, якія цяжка зварваць метадамі зваркі плаўленнем.
Зварка трэннем з перамешваннем мае такія перавагі, як просты працэс злучэння, дробная зерне ў зварным шве, добрая ўстойлівасць да стомленасці, трываласць на расцяжэнне і выгіб, адсутнасць неабходнасці ў зварачных дротах або ахоўных газах, адсутнасць дугавога выпраменьвання, а таксама нізкія рэшткавыя напружанні і дэфармацыі пасля зваркі. Яна ўжываецца ў аэракасмічнай прамысловасці развітых краін Еўропы і Амерыкі, а таксама паспяхова выкарыстоўваецца пры зварцы тонкасценных алюмініевых сасудаў пад ціскам, якія працуюць пры нізкіх тэмпературах, для выканання прамога стыковага злучэння падоўжных зварных швоў і акружнага стыковага злучэння круглых зварных швоў. Гэтая тэхналогія была ўкаранёна ў новых канструкцыях новых транспартных сродкаў і ўжываецца ў аэракасмічнай, транспартнай, аўтамабільнай і іншых прамысловых сектарах.
(3) Вакуумная дыфузійная зварка
Пастаяннае з'яўленне перадавых матэрыялаў ставіць новыя выклікі для тэхналогій злучэння. Злучэнне многіх новых матэрыялаў, такіх як цеплаўстойлівыя сплавы, высокатэхналагічная кераміка, інтэрметалічныя злучэнні і кампазітныя матэрыялы, асабліва злучэнне разнастайных матэрыялаў, цяжка дасягнуць з дапамогай традыцыйных метадаў зваркі плаўленнем, таму з'явіліся цвёрдафазнае дыфузійнае злучэнне і іншыя тэхналогіі. Напрыклад, тэхналогія звышпластычнай фармавання-дыфузійнай зваркі была паспяхова ўжыта ў тытанавых сотавых структурах самалётаў. Кераміку і металы можна злучаць дыфузійнай зваркай; прымяненне тэхналогіі пераходнай вадкафазнай дыфузійнай зваркі вырашыла многія складаныя праблемы злучэння цвёрдых матэрыялаў, якія не маглі быць вырашаны з дапамогай...зварка плаўленнему мінулым.
Злучэнне ў цвёрдым стане можна падзяліць на дзве катэгорыі. Адна з іх — гэта метад злучэння з нізкай тэмпературай, высокім ціскам і кароткім часам, які спрыяе цеснаму кантакту паверхні дэталі і разрыву аксіднай плёнкі праз лакальную пластычную дэфармацыю. Пластычная дэфармацыя з'яўляецца дамінуючым фактарам утварэння злучэння. Да такіх метадаў злучэння адносяцца...зварка трэннем, зварка выбухам, зварка халодным ціскам і зварка гарачым ціскам, якія звычайна называюць зваркай пад ціскам. Іншы - гэта метад дыфузійнага злучэння з высокай тэмпературай, нізкім ціскам і адносна працяглым часам, які звычайна выконваецца ў ахоўнай атмасферы або вакууме. Гэты метад злучэння прыводзіць толькі да мінімальнай пластычнай дэфармацыі, і дыфузія на мяжы падзелу фаз з'яўляецца дамінуючым фактарам пры фарміраванні злучэння. Да такіх метадаў злучэння ў асноўным адносяцца дыфузійная зварка, такая як вакуумная дыфузійная зварка, дыфузійная зварка ў пераходнай вадкай фазе, дыфузійная зварка гарачым ізастатычным прэсаваннем і звышпластычная фармавальна-дыфузійная зварка.
Акрамя пастаяннага з'яўлення перадавых метадаў зваркі і новых працэсаў (вышэйпрыведзены толькі некалькі прыкладаў), узровень механізацыі і аўтаматызацыі розных метадаў зваркі пастаянна паляпшаецца. Прагрэс электронных тэхналогій, сэнсарных тэхналогій, камп'ютэрных і кіравальных тэхналогій значна спрыяў развіццю зварачнай дысцыпліны, прымусіўшы аўтаматызацыю зваркі рухацца ў бок інтэлектуальнага кіравання. У прыватнасці, маштабнае ўкараненне зварачных робатаў парушыла традыцыйны жорсткі рэжым аўтаматызацыі зваркі, адкрыла новы рэжым гнуткай аўтаматызацыі ў зварцы і забяспечыла больш шырокія магчымасці для развіцця зварачных тэхналогій. Зварка стала незаменным метадам апрацоўкі ў сучаснай вытворчасці. Больш за тое, з развіццём навукі і тэхналогій і сацыяльна-эканамічным развіццём вобласці прымянення перадавых метадаў зваркі/злучэння будуць працягваць пашырацца.
(4) Аўтаматызаваная і інтэлектуальная зварка
Механізацыя і аўтаматызацыя з'яўляюцца важнымі сродкамі павышэння прадукцыйнасці зваркі, забеспячэння якасці прадукцыі і паляпшэння ўмоў працы. Аўтаматызацыя зварачнай вытворчасці — гэта будучы кірунак развіцця зварачных тэхналогій. Павышэнне эфектыўнасці і якасці зварачнай вытворчасці мае пэўныя абмежаванні толькі з пункту гледжання зварачных працэсаў. Такія метады зваркі/злучэння, як электронна-прамянёвая зварка, лазерная зварка і зварка трэннем з перамешваннем, маюць строгія патрабаванні да геаметрыі канаўкі і якасці зборкі. Пасля аўтаматычнай зваркі ўся зварная канструкцыя атрымліваецца акуратнай, дакладнай і прыгожай, што змяняе адсталую з'яву ручной працы ў зварачных майстэрнях у мінулым.
Як адзін з важных сімвалаў развіцця сучасных вытворчых тэхналогій і новай тэхналагічнай галіны, робаты аказалі значны ўплыў на розныя галіны высокатэхналагічных галін прамысловасці. Складанасць працэсаў зваркі і строгія патрабаванні да якасці зваркі ў спалучэнні з часта нізкім узроўнем тэхналогіі зваркі і ўмовамі працы прымушаюць асаблівую ўвагу надаваць працэсам зваркі, якія дазваляюць аўтаматызаваць і інтэлектуалізаваць гэты працэс. У цяперашні час ад 30% да 40% робатаў ва ўсім свеце выкарыстоўваюцца ў зварачных тэхналогіях. Зварачныя робаты першапачаткова ў асноўным выкарыстоўваліся на вытворчых лініях кропкавай зваркі ў аўтамабільнай прамысловасці, а ў апошнія гады яны паступова пашырыліся на іншыя вытворчыя галіны.
Першы акцэнт развіццяінтэлектуальная зварка— гэта сістэма тэхнічнага зроку. Распрацаваныя ў цяперашні час сістэмы тэхнічнага зроку дазваляюць робатам аўтаматычна змяняць траекторыю руху гарэлкі ў залежнасці ад канкрэтных умоў падчас зваркі, а некаторыя могуць своечасова карэктаваць параметры працэсу ў залежнасці ад памеру канаўкі.
Час публікацыі: 20 жніўня 2025 г.
