Kaj so napredne tehnologije varjenja?
Razvoj znanosti in tehnologije je spodbudil nenehen napredek v varilni tehnologiji, kar je privedlo do pojava novih varilnih metod. Napredne varilne tehnologije se nanašajo na napredne metode spajanja, ki presegajo konvencionalne (kot so varjenje z zaščitno kovino, varjenje pod prašnim oblokom in konvencionalno plinsko obločno varjenje). Pojav in raziskave teh naprednih varilnih metod so posledica interdisciplinarnega povezovanja. Napredne varilne tehnologije (npr. varjenje z visokoenergijskim žarkom, hibridno lasersko obločno varjenje, vakuumsko difuzijsko varjenje in ...robotsko varjenje) se uporabljajo v elektroniki, energetiki, avtomobilski, vesoljski, jedrski industriji in drugih sektorjih. Igrajo ključno in nenadomestljivo vlogo pri varjenju posebnih materialov in struktur ter spodbujajo družbeni in tehnološki napredek.
Varjenje naprednih materialov je tesno povezano z razvojem visoke tehnologije in ima edinstvene in nenadomestljive funkcije. Po hitrem razvoju v 20. stoletju je varilna tehnologija kot pomemben člen sodobne industrije v 21. stoletje vstopila z zrelim sistemom, ki se je preusmeril od ročne proizvodnje k mehanizirani, avtomatizirani, informacijsko podprti in inteligentni proizvodnji. To označuje novo dobo v varilski znanosti in tehniki.
(1) Hibridno varjenje z laserskim oblokom
Tehnologija obdelave z visokoenergijskim žarkom velja za najbolj obetavno tehnologijo obdelave v 21. stoletju, za katero velja, da »prinaša revolucionarne spremembe v tehnologijo obdelave materialov in proizvodnje«, in je trenutno najhitreje rastoče in najbolj raziskano tehnično področje.
Razvojvarilna opremaProti velikemu obsegu ima dva pomena: prvi je povečanje moči opreme, drugi pa povečanje delov, ki jih oprema vari. Zaradi visokih enkratnih naložb v napredno varilno opremo, zlasti v lasersko varjenje in varjenje z elektronskim žarkom, lahko povečanje moči, izboljšanje globine prodiranja in stabilnosti varilnega procesa relativno zmanjša stroške varjenja, zaradi česar je sprejemljivo za industrijo. Zato je hibridna varilna tehnologija, osredotočena na laserje, pritegnila pozornost. Pravzaprav je bilo hibridno varjenje z laserskim oblokom predlagano že v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja, vendar so se stabilne industrijske aplikacije pojavile šele v zadnjih letih, predvsem zaradi razvoja laserske tehnologije in opreme za obločno varjenje, zlasti izboljšanja tehnologije laserske moči in krmiljenja obloka. Hibridni laserski oblok vključuje predvsem kombinacijo laserja z volframovim inertnim plinom (TIG), plazemskim oblokom in aktivnim oblokom. Z interakcijo med laserjem in oblokom je mogoče premagati pomanjkljivosti vsake metode varjenja, kar ima za posledico dober hibridni učinek.
Hibridno varjenje z laserskim oblokom znatno izboljša učinkovitost varjenja, predvsem zaradi dveh učinkov: prvič, visoka gostota energije vodi do večje hitrosti varjenja in zmanjšane toplotne izgube obdelovanca; drugič, učinek superpozicije interakcije med obema vira toplote. Pri varjenju jekla laserska plazma stabilizira oblok; hkrati oblok vstopi v ključavnico staljene taline, kar zmanjša izgubo energije. Kombinacija laserja in TIG-a lahko znatno poveča hitrost varjenja, približno dvakratno v primerjavi s TIG-varjenjem. Obraba volframove elektrode se prav tako močno zmanjša, kar podaljša njeno življenjsko dobo; kot utora se lahko tudi znatno zmanjša, prečni prerez zvara pa je podoben kot pri laserskem varjenju. V primerjavi z enojnim laserskim hibridnim varjenjem lahko dvojno lasersko hibridno varjenje zmanjša vhodno toploto pri varjenju za 25 % in poveča hitrost varjenja za približno 30 %.
Glavni prednosti hibridnega varjenja z laserskim oblokom (ali plazemskim oblokom) sta izboljšana hitrost varjenja in globina penetracije. Zaradi segrevanja obloka se temperatura kovine dvigne, kar zmanjša odbojnost kovine za laser in poveča absorpcijo svetlobne energije. Ta metoda je bila preizkušena na varjenju z nizkoenergijskim CO₂ laserjem, pa tudi na varjenju z 12 kW CO₂ laserjem in 2 kW YAG laserjem z optičnim prenosom vlaken, s čimer je postavljen temelj za robotsko hibridno varjenje z laserskim oblokom (ali plazemskim oblokom). V zadnjih letih je tehnologija hibridnega varjenja, ki izhaja iz hibridnega laserskega obloka, dosegla pomemben razvoj, njena uporaba v kompleksnih komponentah v vesoljskem, vojaškem in drugih sektorjih pa je deležna vse večje pozornosti. Trenutno je tehnologija hibridnega varjenja, ki združuje visokoenergijske žarke z različnimi loki, postala eno od vročih področij na področju varjenja z visokoenergijskim žarkom.
(2) Varjenje s trenjem in mešanjem
Varjenje s trenjem in mešanjem (FSW) je patentirana varilna tehnologija, ki jo je v začetku devetdesetih let prejšnjega stoletja razvil Varilski inštitut (TWI) v Združenem kraljestvu. Z njo je mogoče variti neželezne kovine, ki jih je težko variti s talilnimi metodami varjenja.
Trenje z mešanjem ima prednosti, kot so preprost postopek spajanja, drobna zrna v varjenem spoju, dobra utrujenost, natezna trdnost in upogibna trdnost, ni potrebe po varilnih žicah ali zaščitnih plinih, ni obloka ter nizka preostala napetost in deformacija po varjenju. Uporablja se v letalski in vesoljski industriji razvitih držav v Evropi in Ameriki, uspešno pa se uporablja pri varjenju tankostenskih tlačnih posod iz aluminijevih zlitin, ki delujejo pri nizkih temperaturah, pri čemer se dopolnjujejo ravni čelni spoji vzdolžnih zvarov in obodni čelni spoji krožnih zvarov. Ta tehnologija je bila sprejeta v novi konstrukcijski zasnovi novih vozil in se uporablja v letalstvu, transportu, avtomobilski industriji in drugih industrijskih sektorjih.
(3) Vakuumsko difuzijsko varjenje
Nenehen pojav naprednih materialov predstavlja nove izzive za tehnologije spajanja. Spajanje številnih novih materialov, kot so toplotno odporne zlitine, visokotehnološka keramika, intermetalne spojine in kompozitni materiali, zlasti spajanje različnih materialov, je težko doseči s konvencionalnimi metodami taljenja, zato so se pojavile difuzijsko spajanje v trdnem stanju in druge tehnologije. Na primer, tehnologija superplastičnega oblikovanja in difuzijskega varjenja je bila uspešno uporabljena v satastih strukturah titanovih zlitin v letalih. Keramiko in kovine je mogoče spajati z difuzijskim varjenjem; uporaba tehnologije prehodnega difuzijskega varjenja v tekoči fazi je rešila številne težke probleme spajanja trdih materialov, ki jih ni bilo mogoče rešiti z ...taljenje varjenjav preteklosti.
Spajanje v trdnem stanju lahko razdelimo v dve kategoriji. Ena je metoda spajanja z nizko temperaturo, visokim tlakom in kratkim časom, ki spodbuja tesen stik površine obdelovanca in pretrg oksidnega filma zaradi lokalne plastične deformacije. Plastična deformacija je prevladujoči dejavnik pri oblikovanju spoja. Takšne metode spajanja vključujejovarjenje s trenjem, eksplozijsko varjenje, varjenje s hladnim tlakom in varjenje z vročim tlakom, ki se običajno imenujejo tlačno varjenje. Druga je metoda difuzijskega spajanja z visoko temperaturo, nizkim tlakom in relativno dolgim časom, ki se običajno izvaja v zaščitni atmosferi ali vakuumu. Ta metoda spajanja povzroči le minimalno plastično deformacijo, difuzija na vmesniku pa je prevladujoči dejavnik pri oblikovanju spoja. Takšne metode spajanja vključujejo predvsem difuzijsko varjenje, kot so vakuumsko difuzijsko varjenje, prehodno difuzijsko varjenje v tekoči fazi, vroče izostatično difuzijsko varjenje s stiskanjem in superplastično difuzijsko varjenje.
Poleg nenehnega pojavljanja naprednih varilnih metod in novih postopkov (zgoraj je le nekaj primerov) se raven mehanizacije in avtomatizacije različnih varilnih metod nenehno izboljšuje. Napredek elektronske tehnologije, senzorske tehnologije, računalniške in krmilne tehnologije je močno spodbudil razvoj varilne discipline, zaradi česar se je avtomatizacija varjenja premaknila k inteligentnemu krmiljenju. Zlasti obsežna uvedba varilnih robotov je prebila tradicionalni togi avtomatizirani način varjenja, odprla nov način fleksibilne avtomatizacije pri varjenju in zagotovila širši razvojni prostor za varilno tehnologijo. Varjenje je postalo nepogrešljiva metoda obdelave v sodobni proizvodnji. Poleg tega se bodo z napredkom znanosti in tehnologije ter družbenim in gospodarskim razvojem področja uporabe naprednega varjenja/spajanja še naprej širila.
(4) Avtomatizirano in inteligentno varjenje
Mehanizacija in avtomatizacija sta pomembni sredstvi za izboljšanje produktivnosti varjenja, zagotavljanje kakovosti izdelkov in izboljšanje delovnih pogojev. Avtomatizacija varilne proizvodnje je prihodnja smer razvoja varilne tehnologije. Izboljšanje učinkovitosti in kakovosti varilne proizvodnje ima določene omejitve le z vidika varilnih procesov. Metode varjenja/spajanja, kot so varjenje z elektronskim žarkom, lasersko varjenje in varjenje s trenjem in mešanjem, imajo stroge zahteve glede geometrije utorov in kakovosti montaže. Po avtomatskem varjenju je celotna varjena konstrukcija čista, natančna in lepa, kar spreminja nazadnjaški pojav ročnega upravljanja v varilnih delavnicah v preteklosti.
Kot eden od pomembnih simbolov razvoja sodobne proizvodne tehnologije in nastajajoče tehnološke industrije so roboti pomembno vplivali na različna področja visokotehnoloških industrij. Zaradi kompleksnosti varilnih proizvodnih procesov in strogih zahtev glede kakovosti varjenja, skupaj s pogosto slabo ravnjo varilne tehnologije in delovnimi pogoji, je varilni proces, ki ga je mogoče avtomatizirati in inteligentno izvesti, deležen posebne pozornosti. Trenutno se v varilni tehnologiji po vsem svetu uporablja od 30 % do 40 % robotov. Varilni roboti so se sprva uporabljali predvsem v proizvodnih linijah za točkovno varjenje v avtomobilski industriji, v zadnjih letih pa so se postopoma razširili tudi na druga proizvodna področja.
Prvi razvojni poudarekinteligentno varjenjeje sistem vida. Trenutno razviti sistemi vida lahko robotom omogočijo samodejno spreminjanje poti gibanja gorilnika glede na specifične pogoje med varjenjem, nekateri pa lahko pravočasno prilagodijo procesne parametre glede na velikost utora.
Čas objave: 20. avg. 2025
