Technologie de soudage hybride laser-arc pour l'acier à usage naval

L'efficacité de la production de soudage et la qualité du soudage affectent directement le cycle de production, le coût et la qualité de la coque du traitement et de la fabrication des navires, de sorte que la technologie de soudage est devenue une technologie clé dans le traitement et la fabrication des navires et le développement de l'industrie de la construction navale. Par rapport aux méthodes de soudage traditionnelles, le soudage au laser présente de nombreux avantages tels qu'un rendement élevé, une propreté, une zone affectée thermiquement étroite et une petite déformation des joints. En effet, la densité d'énergie du faisceau laser est extrêmement élevée, la densité de puissance est de 106 ~ 108 W/cm2, le rapport d'aspect est grand et il a un bon effet de soudage sur les matériaux difficiles à souder tels que les métaux à point de fusion élevé ; en même temps, la vitesse de soudage au laser est rapide et l'apport de chaleur est faible. , Pour que la zone affectée thermiquement soit petite, la déformation du matériau et la contrainte résiduelle sont faibles. Cependant, les applications de soudage au laser présentent également certaines limites, qui se manifestent principalement par des coûts de soudage élevés et une faible efficacité de conversion d'énergie. Cette situation a favorisé le développement de la technologie de soudage hybride laser-arc.

Le soudage hybride laser-arc combine les avantages des deux sources de chaleur indépendantes du laser et de l'arc : la source de chaleur laser a une densité d'énergie élevée, tandis que le plasma à arc a une efficacité de conversion thermique-électrique élevée, un faible coût d'équipement et un coût d'exploitation ; Dans une large mesure, les inconvénients des deux sont évités, tels que la perte d'énergie laser causée par la réflectivité élevée du matériau métallique vers le laser, la densité d'énergie plus faible de la source de chaleur à arc et la mauvaise stabilité de la décharge pendant les hautes températures. mouvement de vitesse. La combinaison organique des deux forme ses avantages exceptionnels : densité d'énergie élevée, utilisation d'énergie élevée, stabilité d'arc élevée, etc., ce qui en fait une nouvelle technologie de soudage avec de grandes perspectives d'application.

Le principe de base du soudage hybride laser-arc est le suivant : pendant le processus de soudage, le faisceau laser et l'arc agissent en même temps sur la même position sur la surface métallique. Le nuage de plasma photo-induit généré par l'action laser réduira le taux d'utilisation de l'énergie laser. Une fois l'arc ajouté, le plasma d'arc provoquera La dilution du plasma induite par laser améliore l'efficacité de la transmission d'énergie laser ; en même temps, l'arc augmente la température du matériau de base et le taux d'absorption du matériau de base par le laser est également amélioré. Dans le même temps, le métal de fusion laser fournit des électrons libres pour l'arc, ce qui réduit la résistance du canal d'arc, de sorte que le taux d'utilisation de l'énergie de l'arc est également amélioré, augmentant ainsi le taux d'utilisation de l'énergie totale. Le faisceau laser a également un effet de focalisation et de guidage sur l'arc, ce qui rend l'arc plus stable pendant le processus de soudage.

Un grand nombre de résultats d'essais montrent que sous la même spécification de soudage, par rapport au soudage traditionnel à source de chaleur unique, le soudage hybride laser-arc peut augmenter considérablement la profondeur de pénétration. Étant donné que le même effet peut être obtenu à une puissance laser plus faible, il est réduit dans une certaine mesure. Coût. Le soudage hybride laser-arc peut également réduire l'apparition de défauts de soudage tels que les pores, les fissures et les contre-dépouilles, améliorer la mouillabilité du métal en fusion et du métal de base solide, éliminer les contre-dépouilles de soudure et réduire le travail de traitement et d'assemblage des soudures. Améliorer l'efficacité de la production.

Il convient en particulier de souligner que la déformation par soudage est l'un des principaux problèmes à résoudre dans l'industrie de la construction navale. Dans le processus de fabrication de la coque, les heures de soudage et les coûts de soudage représentent une grande partie du total des heures de travail et du coût total de la construction de la coque, et l'augmentation des coûts causée par la déformation du soudage représente une proportion considérable. Le soudage hybride laser-arc a une très faible déformation et la charge de travail de coupe après soudage est considérablement réduite, ce qui réduit encore le coût de la construction navale, fait gagner du temps et améliore l'efficacité. À l'heure actuelle, certains chantiers navals en Europe, en Amérique et au Japon ont adopté la technologie de soudage hybride laser-arc. Par exemple, le chantier naval Meyer en Allemagne a tous adopté le soudage hybride laser-arc pour les navires. Des études ont confirmé que la vitesse de soudage des tôles d'acier d'une épaisseur inférieure à 15 mm et d'une longueur inférieure à 20 mètres peut atteindre 3 mètres par minute.

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