Новости

Рассмотрены новейшие тенденции развития технологий соединения материалов при изготовлении технической продукции.

Дата публикации: 23/02/2009
Категория: Новости лазерных технологий
Версия для печати

Специалисты DVS из Германии - К. Миддельдорф и Д. фон Хофе дали характеристику современным технологиям соединения материалов с акцентом на новейшие разработки.
Сделан прогноз в отношении перспектив развития технологий соединения, в том числе микросоединений, с точки зрения технической и экономической эффективности.
При изготовлении технической продукции следует упомянуть шесть тенденций, а именно: использование многих материалов при конструировании изделий, разработку материалов, автоматизацию, моделирование, ремонт и переработку (утилизацию) продукции, с учетом которых можно высказать следующие замечания:
1. Современная техническая продукция, такая, как инвестиционные товары (например, строительные конструкции, все виды транспортных средств, установки и машины) или товары ежедневного пользования (бытовые электроприборы, мебель и электронные устройства) все чаще разрабатываются и изготавливаются в виде, пригодном для различных целей.
В пределах одного изделия это также означает, что используемые материалы должны выбираться по принципу конструирования из многих материалов таким образом, чтобы обеспечить учет напряжений и экономичность.
В результате, соответствующая разработка материалов означает, что различные материалы сегодня используются не только в одном изделии, но также и в одном компоненте или одном подузле — в монолитном виде или в сочетании как композитные материалы.
Однако это возможно только в том случае, если эти материалы можно соединить друг с другом таким образом, чтобы выполнялись все требования к этим соединениям (прочность, вязкость, коррозионная стойкость и т. д.).
Например, в автомобилестроении используются такие материалы, как сталь, алюминий, магний и пластик, в кузовах современных автомобилей без покраски применяются следующие методы соединения: конструкционный клеевой шов — 90 м; штампованные заклепки — 1,400 шт; заклепочные соединения с расплющенной головкой — 280 шт; глухие заклепки — 190 шт; точечные швы, полученные сваркой сопротивлением — 100 шт. В других кузовах без покраски используются различные технологии соединения, включающие точечную сварку сопротивлением, сварку МИГ/МАГ, лазерную сварку и пайку. Все шире используются специально раскроенные заготовки, в которых сочетаются листы из различных материалов, различной толщины и с различной обработкой поверхности.
2. В настоящее время материалами, используемыми для изготовления технической продукции, являются металлы (в частности, черные металлы, а также сплавы, состоящие из алюминия, магния или титана для легких металлических конструкций, никелевые сплавы для жаростойких или коррозионно-стойких компонентов, меди и ее сплавов для электрических компонентов и теплообменников и т. д.), природные материалы и пластмассы.
Одно только рафинирование сталей привело к улучшению свойств последней в два раза за последние 15 лет. Разработки в области одних только сталей повышенной и самой высокой прочности заслуживают внимания. В этих сталях в качестве микроструктурных эффектов используется пластичность, обусловленная мартенситными превращениями, и пластичность, обусловленная двойникованием.
При проектировании заводов и электростанций к материалам предъявляются еще более жесткие требования в отношении более высоких температур и коррозионной стойкости, а также прочности. Для этих материалов необходимо разрабатывать соответствующие сварочные процессы и присадочные материалы, а также доказывать их способность выдерживать длительную нагрузку с помощью долгосрочных испытаний.
Подобные тенденции наблюдаются и в области пластмасс. Композитные материалы и соединения материалов развивались независимо. Сочетание текстильных волокон с бетоном или волокон или наночастиц с пластмассами (среди других материалов) свидетельствует о совершенно новых путях развития материалов и их применении.
Интегрирование таких материалов в компоненты делает необходимым наличие совершенно новых технологий получения соединений для того, чтобы их преимущества не были утрачены снова при получении соединений.
3. Одним из важных аспектов в отношении обработки материалов с помощью соединения является повышение требований к механизации или, что еще лучше, автоматизации операции получения соединений для минимизации стоимости изготовления.
Это относится не только к традиционным процессам соединения и сварки (дуговая сварка, низко- и высокотемпературная пайка и склеивание), но также и к вновь разработанным процессам (гибридные процессы, сварка трением с перемешиванием и лазерная и электронно-лучевая сварка). Ввиду роста зарплат, нехватки квалифицированных сварщиков и снижения цен на роботы, эти методы все чаще используют, особенно, в промышленно развитых странах.
Эта тенденция будет сохраняться, а учитывая улучшение возможностей моделирования процесса роботы скоро будут внедрены также и в малосерийное и единичное производство.
4. В течение нескольких лет возможности моделирования напряжений в деталях и их изготовления постоянно расширялись, и оно приобрело все большую важность благодаря увеличению мощности компьютеров и усовершенствованию математического обеспечения, но прежде всего, благодаря параметрам материала, которые становятся доступными во все большей степени.
5. Недостатком не только современной разработки материалов и соответствующих процессов соединения, но также и расчета компонентов по-прежнему является учет возможности ремонта на самом раннем этапе, если деталь оказывается дефектной при изготовлении, используется неправильно, или дольше чем первоначально планировалось, оказывается поврежденной из-за несовершенной конструкции.
По причинам, связанным со стоимостью и защитой окружающей среды, такие детали необязательно сразу же должны отправляться на металлолом.
При наличии соответствующих технологий соединения такие детали часто можно снова сделать пригодными к эксплуатации. 6. Несмотря на то, что сегодня все больше случаев, когда часто бывает экономически выгоднее заменить дефектную или поврежденную деталь, чем ее отремонтировать, следует заявить, что это противоречит всем стратегиям сохранения ресурсов.
В этом отношении переосмысление начнется уже в ближайшем будущем — и, таким образом, вопросы, касающиеся возможности ремонта, снова будут рассматриваться. Лазерная и электронно-лучевая сварка за последние десять лет получила очень сильное развитие и используются во многих областях машиностроения. Оба процесса особенно пригодны для использования в условиях полной механизации или автоматизации.
Электронно-лучевая сварка как более старый из этих двух процессов, находит все более широкое применение, прежде всего, благодаря усовершенствованию технологии приборостроения.
К ее преимуществам относятся очень высокая плотность энергии и, таким образом, низкое тепловложение даже в случае швов самой большой толщины до — 250 мм и выше. Большие вакуумные камеры (до 630 м3) позволяют выполнять сварку даже компонентов машин большого объема. Возможность расщепления луча позволяет выполнять несколько швов на одном компоненте одновременно.
Следует отметить, что имеются также и вневакуумные электронно-лучевые методы, которые находят все более широкое применение в промышленности.
Лазерная сварка имеет то огромное преимущество, что ее можно использовать вне вакуума, но только в диапазоне толщин материалов до 20 мм. Это делает этот процесс особенно пригодным для изготовления заготовок прецизионного раскроя, из сталей различного качества и материалов различной толщины.
Еще одним преимуществом, как и в случае электронно-лучевой сварки, является низкое тепловложение в результате высокой плотности энергии.
При наличии дистанционного управления можно использовать эффект лазерного луча даже на еще большем расстоянии между источником луча и положением сварки — до 500 мм, что будет все шире применяться в автомобилестроении в будущем. Лазерная сварка также используется при обработке пластмасс.
Прогнозируется, что процессы лучевой сварки (особенно, процессы лазерной сварки) приобретут намного большую важность в результате быстрого переноса результатов от исследований к применению.
В этом случае рост электронно-лучевой сварки возможно замедлится.
Показана необходимость использования гибридных процессов в большей степени на практике, что отражено в их предполагаемом более широком применении.
В этом отношении сочетание лазерной сварки с дуговой сваркой плавящимся электродом в защитных газах в первую очередь рассматривается как гибридный процесс.
Используется также сочетание лазерной сварки с дуговой сваркой вольфрамовым электродом в защитных газах и плазменной сварки.
В принципе, это те процессы, в которых различные виды сварки сочетаются через общую расплавленную ванну и, таким образом, существует общая технологическая зона, обозначаются как гибридные процессы сварки.

Источник: «Автоматическая сварка», 2008, № 11, с.39-47, www.nas.gov.ua/pwj

Статьи по теме:

страницы: 1