1、背景介紹
中厚板普遍應(yīng)用于造船、建筑、機(jī)械制造及壓力容器等工程領(lǐng)域,其焊接作業(yè)也是行業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中的重要環(huán)節(jié)之一。傳統(tǒng)的中厚板焊接工藝復(fù)雜、質(zhì)量不穩(wěn)定、自動(dòng)化程度低,焊接效率受到很大制約,因此開發(fā)出滿足其要求的焊接工藝已成為亟需解決的工程難題。
隨著激光器水平不斷發(fā)展,功率超過(guò)10k的超高功率高質(zhì)量光纖激光已經(jīng)投入市場(chǎng)并逐步應(yīng)用于中厚板的高效激光焊接,其激光束功率密度可達(dá)107~108W/cm2,這使得中厚板大型構(gòu)件的優(yōu)質(zhì)、高速、大熔深、低變形、低能耗焊接有望獲得新的解決方案。諸多研究表明將激光和電弧兩種熱源以特定的方式復(fù)合在一起進(jìn)行焊接,既充分發(fā)揮了各自的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),也彌補(bǔ)了各自的缺點(diǎn),真正實(shí)現(xiàn)了“1+1>2”的效果。通過(guò)該焊接方法的實(shí)施可以滿足大部分合金體系在不同應(yīng)用條件下對(duì)高品質(zhì)焊接質(zhì)量的需求。因此,采用激光-電弧復(fù)合焊接中厚板也被認(rèn)為是目前最具競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展前景的焊接方法之一。
自銳科公司6kW激光器面世以來(lái),通過(guò)與客戶的精誠(chéng)合作,突破各項(xiàng)工藝難題,目前已有多款高功率激光器陸續(xù)在汽車制造、工程機(jī)械、軌道交通等領(lǐng)域進(jìn)行了典型應(yīng)用示范,進(jìn)行中厚板激光電弧復(fù)合焊接。
2、應(yīng)用案例
國(guó)內(nèi)某著名自動(dòng)化公司采用銳科12kW激光器為國(guó)內(nèi)某重點(diǎn)造船廠提供激光-電弧復(fù)合焊接設(shè)備,配合洛弛焊機(jī),順利實(shí)現(xiàn)板材厚度6~14mm,焊縫長(zhǎng)度4~9m激光-電弧復(fù)合焊接,重點(diǎn)解決了原有弧焊工藝無(wú)法解決的單面焊雙面成形及背面焊縫熔透的可靠性問(wèn)題,且焊接變形減少了50%。其中,6~10mm板材無(wú)需開坡口,可以直接進(jìn)行拼焊;12~14mm板材開坡口焊接效果更好。各種厚度板材焊接效果如下各圖所示,目前該工藝即將應(yīng)用在終端客戶現(xiàn)場(chǎng)。
與原有弧焊工藝相比,其焊接生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益實(shí)現(xiàn)了較大提升。表1為MAG焊與復(fù)合焊的效率對(duì)比,從表中可以看出,復(fù)合焊接在焊接中厚板時(shí)具有較明顯的效率優(yōu)勢(shì)。表2為厚度≤12mm某高強(qiáng)鋼產(chǎn)品實(shí)際資產(chǎn)投資與效益分析。從表2中可以看出,因激光-電弧復(fù)合焊具有高效率焊接的特點(diǎn),在產(chǎn)能需求較大的情況下,可以有效減少設(shè)備投資數(shù)量,進(jìn)而降低廠房投資和人力成本,且單位焊縫的能耗、煙塵排放及焊絲消耗量均有所降低,同時(shí)可以獲得更好的焊接效果及接頭質(zhì)量。
表1 兩種工藝方法對(duì)接接頭焊接效率對(duì)比
材料 | 母材厚度 δ/mm | 工藝方法 | 焊接道次 | 激光功率 P/kW | 焊接速度 v/(m·min-1) | 領(lǐng)域 |
高強(qiáng)鋼 | 6 | 復(fù)合焊 | 1 | 5.5 | 2.4 | 汽車 |
MAG焊 | 2 | — | 0.33 | |||
8 | 復(fù)合焊 | 1 | 7.5 | 1.8 | 工程機(jī)械 | |
MAG焊 | 2 | — | 0.3 | |||
10 | 復(fù)合焊 | 1 | 9.5 | 1.5 | 船舶 | |
MAG焊 | 2 | — | 0.3 | |||
12 | 復(fù)合焊 | 1 | 11.5 | 1.5 | 船舶 | |
MAG焊 | 3 | — | 0.3 |
表2 兩種工藝方法對(duì)焊接投資及效益分析
類別 | 名稱 | 電弧焊 | 復(fù)合焊 | 對(duì)比條件及數(shù)據(jù)來(lái)源 |
固定資產(chǎn)投入 | 單臺(tái)套設(shè)備價(jià)格 | A | 3A | ①根據(jù)項(xiàng)目產(chǎn)能需要3臺(tái)弧焊設(shè)備; |
設(shè)備數(shù)量 | 3 | 1 | ||
設(shè)備總投資 | 3A | 3A | ||
廠房投資 | B | ?B | ||
人力成本 | 3C | C | ||
能耗及排放 | 單位焊縫的能耗 | D | (0.9~1.0)D | 根據(jù)焊接參數(shù),經(jīng)理論計(jì)算及部分試驗(yàn)驗(yàn)證獲得焊絲消耗量計(jì)算 |
焊接煙塵 | E | (?~?)E | ||
焊材消耗量 | F | (?~?)F | ||
焊接效果 | 單面焊雙面成形 | 否 | 是 | 相關(guān)試驗(yàn)測(cè)試 |
焊接變形 | G | (?~?)G | ||
焊接效率 | H | (2~3)H | ||
抗拉強(qiáng)度 | I | (1~1.2)I | ||
疲勞強(qiáng)度 | J | (1~1.2)J |
3、設(shè)備推薦
激光-電弧復(fù)合焊具有焊縫熔深大,焊接速度快,焊接效率高,焊接電弧穩(wěn)定,熱源能量集中,焊接熱輸入低,焊接變形小,易于實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成形等優(yōu)點(diǎn)。在焊接條件相同的情況下,與傳統(tǒng)弧焊相比,激光-電弧復(fù)合焊的電弧穩(wěn)定性更強(qiáng),尤其高速焊接條件下,傳統(tǒng)電弧焊的焊接電流、電壓波形已經(jīng)非常不穩(wěn)定,而激光-電弧復(fù)合焊的電流、電壓波形仍然非常穩(wěn)定。不僅如此,激光-電弧復(fù)合焊接還可以客服激光焊對(duì)工件坡口裝配要求高、高反射率材料(如鋁、銅等)的能量損失大、不填充材料焊接某些高性能金屬材料時(shí)易產(chǎn)生冷裂紋或熱裂紋等缺點(diǎn)。
根據(jù)焊接板材厚度及生產(chǎn)效率要求,激光-電弧復(fù)合焊接選用的激光器功率在6~12kW不等。焊接6mm及6mm板厚材料以下,可以選用銳科RFL-6000激光器,6mm-12mm厚之間的板材,優(yōu)先選用銳科RFL-12000激光器,板材厚度超過(guò)12mm時(shí),可以選用銳科RFL-15000激光器。如果您有中厚板焊接需求,以銳科高功率銳科激再配上一臺(tái)弧焊電源,將有助您生產(chǎn)效率較大幅度提升。銳科高功率光器優(yōu)異、穩(wěn)定的焊接性能是焊接質(zhì)量最強(qiáng)的保證。
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