Kas ir progresīvas metināšanas tehnoloģijas?
Zinātnes un tehnoloģiju attīstība ir veicinājusi nepārtrauktu metināšanas tehnoloģiju progresu, kā rezultātā ir parādījušās jaunas metināšanas metodes. Uzlabotas metināšanas tehnoloģijas attiecas uz uzlabotām savienošanas metodēm, kas pārsniedz tradicionālās (piemēram, ekranēta metāla loka metināšana, loka metināšana zem kušanas zonas un parastā gāzes metāla loka metināšana). Šo uzlaboto metināšanas metožu rašanās un izpēte ir starpdisciplināras integrācijas rezultāts. Uzlabotas metināšanas tehnoloģijas (piemēram, augstas enerģijas staru metināšana, lāzera loka hibrīdmetināšana, vakuuma difūzijas metināšana un...)robotizēta metināšana) ir pielietotas elektronikā, enerģētikā, autobūves, kosmosa, kodolrūpniecībā un citās nozarēs. Tām ir izšķiroša un neaizstājama loma īpašu materiālu un konstrukciju metināšanā, veicinot sociālo un tehnoloģisko progresu.
Progresīvu materiālu metināšana ir cieši saistīta ar augsto tehnoloģiju attīstību un tai ir unikālas un neaizstājamas funkcijas. Pēc straujās attīstības 20. gadsimtā metināšanas tehnoloģija kā svarīga saikne mūsdienu rūpniecībā ir ienākusi 21. gadsimtā ar nobriedušu sistēmu, pārejot no manuālas ražošanas uz mehanizētu, automatizētu, uz informāciju balstītu un inteliģentu ražošanu. Tas iezīmē jaunu ēru metināšanas zinātnē un inženierijā.
(1) Lāzera loka hibrīdmetināšana
Augstas enerģijas staru apstrādes tehnoloģija tiek uzskatīta par daudzsološāko apstrādes tehnoloģiju 21. gadsimtā, tiek uzskatīta par "revolucionārām izmaiņām materiālu apstrādes un ražošanas tehnoloģijās", un pašlaik tā ir visstraujāk augošā un visvairāk pētītā tehniskā joma.
Attīstībametināšanas iekārtasLiela mēroga metināšanai ir divas nozīmes: viena ir iekārtu jaudas palielināšana, bet otra ir iekārtu metināto detaļu palielināšanās. Sakarā ar lieliem vienreizējiem ieguldījumiem modernās metināšanas iekārtās, īpaši lāzera metināšanas un elektronu staru metināšanas iekārtās, jaudas palielināšana, iespiešanās dziļuma uzlabošana un metināšanas procesa stabilitāte var relatīvi samazināt metināšanas izmaksas, padarot to pieņemamu nozarei. Tāpēc uzmanību ir piesaistījusi hibrīdmetināšanas tehnoloģija, kuras centrā ir lāzeri. Faktiski lāzera loka hibrīdmetināšana tika ierosināta jau 20. gadsimta 70. gados, taču stabili rūpnieciski pielietojumi parādījās tikai pēdējos gados, galvenokārt gūstot labumu no lāzertehnoloģiju un loka metināšanas iekārtu attīstības, īpaši lāzera jaudas un loka vadības tehnoloģijas uzlabošanas. Lāzera loka hibrīdmetināšana galvenokārt ietver lāzera kombināciju ar volframa inertās gāzes (TIG) loku, plazmas loku un aktīvo loku. Pateicoties lāzera un loka mijiedarbībai, var pārvarēt katras metināšanas metodes trūkumus, kā rezultātā tiek panākts labs hibrīdefekts.
Lāzera loka hibrīdmetināšana ievērojami uzlabo metināšanas efektivitāti, galvenokārt pamatojoties uz diviem efektiem: pirmkārt, augstais enerģijas blīvums nodrošina lielāku metināšanas ātrumu un samazina sagataves siltuma zudumus; otrkārt, divu siltuma avotu mijiedarbības superpozīcijas efektu. Metinot tēraudu, lāzera plazma stabilizē loku; vienlaikus loks nonāk izkausētā tērauda atslēgas caurumā, samazinot enerģijas zudumus. Lāzera un TIG kombinācija var ievērojami palielināt metināšanas ātrumu, aptuveni divas reizes vairāk nekā TIG metināšanā. Arī volframa elektroda nodilums ir ievērojami samazināts, palielinot tā kalpošanas laiku; var ievērojami samazināt arī rievas leņķi, un metinājuma šķērsgriezuma laukums ir līdzīgs lāzera metināšanas šķērsgriezuma laukumam. Salīdzinot ar lāzera viena loka hibrīdmetināšanu, lāzera dubultā loka hibrīdmetināšana var samazināt metināšanas siltuma ievadi par 25% un palielināt metināšanas ātrumu par aptuveni 30%.
Lāzera loka (vai plazmas loka) hibrīdmetināšanas galvenās priekšrocības ir uzlabots metināšanas ātrums un iespiešanās dziļums. Loka uzkarsēšanas dēļ metāla temperatūra paaugstinās, samazinot metāla atstarošanos no lāzera un palielinot gaismas enerģijas absorbciju. Šī metode ir pārbaudīta ar mazjaudas CO₂ lāzermetināšanu, kā arī ar 12 kW CO₂ lāzermetināšanu un 2 kW YAG lāzeriem ar optisko šķiedru pārraidi, liekot pamatus robotizētai lāzera loka (vai plazmas loka) hibrīdmetināšanai. Pēdējos gados no lāzera loka hibrīda radusies hibrīdmetināšanas tehnoloģija ir ievērojami attīstījusies, un tās pielietojums sarežģītos komponentos kosmosa, militārajā un citās nozarēs ir piesaistījis arvien lielāku uzmanību. Pašlaik hibrīdmetināšanas tehnoloģija, kas apvieno augstas enerģijas starus ar dažādiem lokiem, ir kļuvusi par vienu no karstajiem punktiem augstas enerģijas staru metināšanas jomā.
(2) Berzes maisīšanas metināšana
Berzes metināšana (FSW) ir patentēta metināšanas tehnoloģija, ko 20. gs. deviņdesmito gadu sākumā izstrādāja Apvienotās Karalistes Metināšanas institūts (TWI). Tā var metināt krāsainos metālus, kurus ir grūti metināt, izmantojot kausēšanas metināšanas metodes.
Berzes metināšanai ir tādas priekšrocības kā vienkāršs savienošanas process, smalki graudi metinātajā savienojumā, laba noguruma izturība, stiepes izturība un lieces izturība, nav nepieciešamas metināšanas stieples vai aizsarggāzes, nav loka aizdegšanās, kā arī zems atlikušais spriegums un deformācija pēc metināšanas. Tā ir pielietota attīstīto valstu Eiropas un Amerikas kosmosa rūpniecībā, un tā ir veiksmīgi izmantota alumīnija sakausējuma plānsienu spiedtvertņu metināšanā, kas darbojas zemā temperatūrā, aizpildot taisnus garenisko metinājumu savienojumus un apļveida metinājumu apkārtmēra savienojumus. Šī tehnoloģija ir ieviesta jaunu transportlīdzekļu konstrukciju projektēšanā un pielietota kosmosa, transporta, automobiļu ražošanas un citās rūpniecības nozarēs.
(3) Vakuuma difūzijas metināšana
Nepārtrauktā modernu materiālu parādīšanās rada jaunus izaicinājumus savienošanas tehnoloģijām. Daudzu jaunu materiālu, piemēram, karstumizturīgu sakausējumu, augsto tehnoloģiju keramikas, starpmetālisku savienojumu un kompozītmateriālu, savienošana, īpaši atšķirīgu materiālu savienošana, ir grūti panākama, izmantojot parastās kausēšanas metināšanas metodes, tāpēc ir parādījušās cietvielu difūzijas savienošana un citas tehnoloģijas. Piemēram, superplastiskās formēšanas-difūzijas metināšanas tehnoloģija ir veiksmīgi pielietota lidmašīnu titāna sakausējumu šūnveida konstrukcijās. Keramiku un metālus var savienot ar difūzijas metināšanu; pārejas šķidrfāzes difūzijas metināšanas tehnoloģijas pielietošana ir atrisinājusi daudzas sarežģītas cieto materiālu savienošanas problēmas, kuras nevarēja atrisināt ar...kausēšanas metināšanaagrāk.
Cietvielu savienošanu var iedalīt divās kategorijās. Viena ir savienošanas metode ar zemu temperatūru, augstu spiedienu un īsu laiku, kas veicina sagataves virsmas ciešu kontaktu un oksīda plēves plīsumu lokālas plastiskās deformācijas rezultātā. Plastiskā deformācija ir dominējošais faktors savienojuma veidošanā. Šādas savienošanas metodes ietverberzes metināšana, sprādziena metināšana, aukstā spiediena metināšana un karstā spiediena metināšana, ko parasti sauc par spiediena metināšanu. Otra ir difūzijas savienošanas metode ar augstu temperatūru, zemu spiedienu un relatīvi ilgu laiku, ko parasti veic aizsargatmosfērā vai vakuumā. Šī savienošanas metode rada tikai minimālu plastisko deformāciju, un saskarnes difūzija ir dominējošais faktors savienojuma veidošanā. Šādas savienošanas metodes galvenokārt ietver difūzijas metināšanu, piemēram, vakuuma difūzijas metināšanu, pārejas šķidrfāzes difūzijas metināšanu, karstās izostatiskās presēšanas difūzijas metināšanu un superplastiskas formēšanas-difūzijas metināšanu.
Papildus nepārtrauktai modernu metināšanas metožu un jaunu procesu parādīšanās (iepriekš minētie ir tikai daži piemēri), dažādu metināšanas metožu mehanizācijas un automatizācijas līmenis pastāvīgi uzlabojas. Elektronisko tehnoloģiju, sensoru tehnoloģiju, datoru un vadības tehnoloģiju attīstība ir ievērojami veicinājusi metināšanas disciplīnas attīstību, liekot metināšanas automatizācijai virzīties uz intelektuālu vadību. Jo īpaši metināšanas robotu plaša mēroga ieviešana ir pārvarējusi tradicionālo stingro metināšanas automatizācijas režīmu, pavērusi jaunu elastīgas automatizācijas režīmu metināšanā un nodrošinājusi plašāku metināšanas tehnoloģijas attīstības telpu. Metināšana ir kļuvusi par neaizstājamu apstrādes metodi mūsdienu ražošanā. Turklāt, attīstoties zinātnei un tehnoloģijām, kā arī sociālajai un ekonomiskajai attīstībai, modernas metināšanas/savienošanas pielietojuma jomas turpinās paplašināties.
(4) Automatizēta un intelektiska metināšana
Mehanizācija un automatizācija ir svarīgi līdzekļi, lai uzlabotu metināšanas produktivitāti, nodrošinātu produktu kvalitāti un uzlabotu darba apstākļus. Metināšanas ražošanas automatizācija ir metināšanas tehnoloģijas nākotnes attīstības virziens. Metināšanas ražošanas efektivitātes un kvalitātes uzlabošanai ir zināmi ierobežojumi tikai no metināšanas procesu viedokļa. Metināšanas/savienošanas metodēm, piemēram, elektronu staru metināšanai, lāzermetināšanai un berzes maisīšanas metināšanai, ir stingras prasības attiecībā uz rievu ģeometriju un montāžas kvalitāti. Pēc automātiskās metināšanas visa metinātā konstrukcija ir glīta, precīza un skaista, mainot manuālās darbības atpalicību metināšanas darbnīcās pagātnē.
Kā viens no svarīgākajiem mūsdienu ražošanas tehnoloģiju attīstības un jaunās tehnoloģiju nozares simboliem, robotiem ir bijusi nozīmīga ietekme uz dažādām augsto tehnoloģiju nozaru jomām. Metināšanas ražošanas procesu sarežģītība un stingrās prasības metināšanas kvalitātei, kā arī bieži vien zemais metināšanas tehnoloģiju līmenis un darba apstākļi liek pievērst īpašu uzmanību metināšanas procesiem, kas var automatizēt un automatizēt metināšanas procesu. Pašlaik metināšanas tehnoloģijā tiek izmantoti 30–40% robotu visā pasaulē. Sākotnēji metināšanas roboti galvenokārt tika izmantoti punktmetināšanas ražošanas līnijās automobiļu rūpniecībā, un pēdējos gados tie ir pakāpeniski paplašinājušies uz citām ražošanas jomām.
Pirmais attīstības fokussviedā metināšanair redzes sistēma. Pašlaik izstrādātās redzes sistēmas var ļaut robotiem automātiski mainīt degļa kustības trajektoriju atbilstoši konkrētiem apstākļiem metināšanas laikā, un dažas var savlaicīgi pielāgot procesa parametrus atbilstoši rievas izmēram.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 20. augusts
