Новости

Сварка и соединение – ключевые технологии третьего тысячелетия – представляют мировой рынок в объёме 33 млрд.евро.

Дата публикации: 04/03/2009
Категория: Новости лазерных технологий
Версия для печати

Профессор У.Дилтай из Аахенского университета (Германия) рассматривает сварку перспективных и современных материалов, а также соединение различных сочетаний материалов, сопряжённых с новыми требованиями к технологии сварки и соединению.
В течение последних десяти лет были разработаны новые процессы и их модификации для дуговой и лучевой сварки, предназначенные для повышения экономической эффективности, снижения энерговложения и обеспечения высокого качества сварных соединений.
Анализируются последние достижения в области технологий сварки и соединения материалов с позиций их технических и экономических возможностей.
Например, в настоящее время транспорт невозможно представить без применения сварки и эта тенденция сохранится и в ближайшем будущем.
Автомобиль состоит из множества отдельных деталей, которые соединяются между собой тысячами сварных точек, многими метрами сварных швов и, кроме того, в настоящее время еще и сотнями метров клеевых соединений.
Железнодорожные транспортные средства, такие, например, как вагоны скоростных поездов IСЕ (междугородный поезд), представляют собой сварные конструкции.
Вагон IСЕ имеет длину более 20 м и состоит более чем из 20 отдельных штампованных профилей, которые сваривают с использованием соответствующей технологии. Интересно отметить, что оконные проемы вырезают лазером только после полной сварки вагона.
На воздушном транспорте в основном используются заклепочные соединения, однако в новом аэробусе 380 имеется много элементов внешней обшивки корпуса, для соединения которых впервые использовали лазерную сварку.
Круизное судно состоит более чем из 300 000 отдельных частей (лазерная резка - !), и для его сборки необходимо сварить 900 км швов.
Швы, полученные лазерной сваркой, отличаются высоким коэффициентом формы шва (отношение глубины к ширине), что обеспечивает минимальное влияние на свойства материала и высокую скорость сварки.
В то же время требования к подготовке шва и сборке под сварку достаточно высокие, а способность заполнения зазора низкая.
Последние разработки в основном сфокусированы на оптимизации возможности заполнения зазора и времени сварки, а также на снижении требований к подготовке поверхности и сборке под сварку.
Самым простым вариантом данного способа является простое добавление устройства прецизионной подачи проволоки к стандартному лазерному процессу.
Используя присадочный металл, можно контролировать заполнение зазора и влиять на металлургию шва. Это позволяет использовать лазерную сварку присадочной проволокой также для соединения различных комбинаций материалов через промежуточные слои, а также для соединения материалов, склонных к образованию трещин.
Гибридная лазерная + МИГ сварка представляет собой сочетание лазерного процесса и стандартного процесса МИГ, которые имеют общую зону сварки.
Данный способ сочетает возможность глубокого проплавления, характерного для лазерной сварки, и высокую способность заполнения зазора, характерную для сварки МИГ.
Более того, лазерный процесс стабилизирует процесс МИГ. Так как присадочный металл применяется в жидком виде, можно получить высокую скорость сварки при малом количестве подводимого тепла.
Гибридная лазерная + МИГ сварка применяется для соединения сталей (СО2-лазеры) и легких сплавов (Nd-YAG-лазеры). Свариваемые листы при этом могут иметь различную толщину, начиная от толщины обшивки кузова легкового автомобиля (толщина ограничивается только имеющейся мощностью лазера). Согласно практическим оценкам, для сварки стального листа толщиной 1 мм необходим 1 кВт мощности СО2-лазера. Первым промышленным применением данного способа в автомобилестроении было изготовление алюминиевых кузовов легковых автомобилей.
Для замены точечных швов лазерными обычно используют короткие швы, при этом для перемещения от шва к шву требуется достаточно длительное время в случае использования лазерной оптики, направляемой роботом, Для сокращения этого времени необходимо уменьшить перемещаемую массу, и идеальным вариантом в этом случае является простое отклонение лазерного луча.
Принцип дистанционной сварки заключается в том, что одно или два зеркала отклоняют луч лазера, при этом фокус направляется по высоте путем перемещения длиннофокусных линз по оси луча.
Реализация дистанционной сварки стала возможной только с появлением нового поколения лазеров с оптимальным качеством луча, например, плоских СО2-лазеров.
Применение таких лазеров вместе с фокусирующими линзами с фокусным расстоянием 1600 мм открывает новые возможности, которые можно еще более расширить, подсоединив установку для дистанционной сварки к роботу с тремя степенями подвижности.
С применением дистанционной сварки время перемещения между швами можно сократить до нескольких сотых секунды, что уменьшает время сварки на 25%.
Сокращение времени разработки моделей новых автомобилей, необходимость снижения стоимости и возрастающие требования к безопасности повышают спрос на сложные средства моделирования. Моделирование стало важным вспомогательным средством, которое способствует углубленному исследованию свойств изделий, помогает оптимизировать элементы конструкций и производственные процессы, а также сокращает время разработки, снижает стоимость продукции и обеспечивает повышение ее качества.
Моделирование процессов сварки и соединения основано на применении системы математических уравнений, которые описывают существенные физические процессы, происходящие при сварке. Моделирование в области сварки МИГ/МАГ, ТИГ, лучевой и точечной сварки развивается в следующих направлениях, связанных с различными физическими явлениями, наблюдаемыми в процессе сварки: взаимодействие источника тепла с металлом; потоки тепла и жидкости; кристаллизационная микроструктура шва; фазовые превращения/микроструктура шва; остаточные напряжения и деформации; механические свойства и целостность; геометрия шва.
Было разработано несколько программ моделирования для расчета одного или нескольких из указанных параметров. Работы в этой области продолжаются. Ожидается, что они позволят связать результаты реализации указанных программ моделирования с программным обеспечением САПР и системами планирования с тем, чтобы получить полное виртуальное представление обо всех аспектах проектирования, испытания и производства автомобилей. В Германии прямая прибавочная стоимость, создаваемая применением технологий соединения, с учетом устройств, присадочных материалов, газов, клеевых материалов, безопасности труда и профессионального обучения, составляет приблизительно 3,6 млрд.евро. Германия владеет приблизительно одной третьей частью европейского рынка технологий соединения. В то же время Европа удерживает приблизительно одну треть соответствующего мирового рынка. Это значит, что если доля рынка технологий соединения Германии составляет 3,6 млрд.евро, путем экстраполяции получаем оценку соответствующего рынка Европы, составляющую приблизительно 11 млрд. евро, и, в мировом масштабе, получаем 33 млрд.евро.
Поскольку соединение представляет собой междисциплинарную технологию, которая используется во всей промышленности в национальном масштабе, очень важно знать количественное выражение стоимости, создаваемой в обрабатывающей промышленности с использованием методов соединения. Согласно консервативной оценке, в Германии эта цифра равняется приблизительно 27 млрд.евро, что составляет приблизительно 4,8% общей стоимости, создаваемой немецкой обрабатывающей промышленностью.
В Германии в области технологий соединения работает приблизительно 640000 человек, что составляет приблизительно 6% общего количества работников, занятых в обрабатывающей промышленности.
Каждое 16-е рабочее место в обрабатывающей промышленности создано благодаря применению технологий соединения. Таким образом, можно заключить, что соединение — это междисциплинарная, сложная и незаменимая ключевая технология и останется таковой также и в третьем тысячелетии.

Источник: «Автоматическая сварка», 2008, № 11, с.101-107, www.nas.gov.ua/pwj

Статьи по теме:

страницы: 1