Mis on täiustatud keevitustehnoloogiad?
Teaduse ja tehnoloogia areng on ajendanud keevitustehnoloogia pidevat arengut, mis on viinud uute keevitusmeetodite tekkimiseni. Täiustatud keevitustehnoloogiad viitavad täiustatud ühendusmeetoditele, mis ületavad tavapäraseid (näiteks varjestatud metallkaarkeevitus, sukeldatud kaarkeevitus ja tavapärane gaasmetallkaarkeevitus). Nende täiustatud keevitusmeetodite teke ja uurimine tulenevad interdistsiplinaarsest integratsioonist. Täiustatud keevitustehnoloogiad (nt suure energiaga kiirkeevitus, laserkaarhübriidkeevitus, vaakumdifsioonkeevitus ja ...)robotkeevitus) on rakendatud elektroonikas, energeetikas, autotööstuses, lennunduses, tuumatööstuses ja muudes sektorites. Neil on oluline ja asendamatu roll spetsiaalsete materjalide ja konstruktsioonide keevitamisel, edendades sotsiaalset ja tehnoloogilist progressi.
Täiustatud materjalide keevitamine on tihedalt seotud kõrgtehnoloogia arenguga ning sellel on ainulaadsed ja asendamatud funktsioonid. Pärast kiiret arengut 20. sajandil on keevitustehnoloogia kui oluline lüli tänapäeva tööstuses astunud 21. sajandisse küpse süsteemiga, liikudes käsitsi tootmiselt mehhaniseeritud, automatiseeritud, infopõhisele ja intelligentsele tootmisele. See tähistab uut ajastut keevitusteaduses ja -tehnikas.
(1) Laserkaarhübriidkeevitus
Suure energiaga kiirtega töötlemise tehnoloogiat peetakse 21. sajandi kõige lootustandvamaks töötlemistehnoloogiaks, mis arvatakse toovat "revolutsioonilisi muutusi materjalide töötlemise ja tootmistehnoloogiasse" ning on praegu kiiremini kasvav ja enim uuritud tehnikavaldkond.
ArengkeevitusseadmedSuuremahulise lähenemise puhul on kaks tähendust: üks on seadmete võimsuse suurenemine ja teine on seadmete poolt keevitatavate osade laienemine. Tänu suurtele ühekordsetele investeeringutele täiustatud keevitusseadmetesse, eriti laserkeevitusse ja elektronkiirkeevitusseadmetesse, võib võimsuse suurendamine, läbitungimissügavuse parandamine ja keevitusprotsessi stabiilsus suhteliselt vähendada keevituskulusid, muutes selle tööstusele vastuvõetavaks. Seetõttu on laseritele keskendunud hübriidkeevitustehnoloogia pälvinud tähelepanu. Tegelikult pakuti laserkaarhübriidkeevitust välja juba 1970. aastatel, kuid stabiilsed tööstuslikud rakendused tekkisid alles viimastel aastatel, peamiselt tänu lasertehnoloogia ja kaarkeevitusseadmete arengule, eriti laseri võimsuse ja kaare juhtimise tehnoloogia täiustusele. Laserkaarhübriid hõlmab peamiselt laseri kombinatsiooni volfram-inertgaasi (TIG) kaarega, plasmakaarega ja aktiivkaarega. Laseri ja kaare vastastikmõju kaudu saab iga keevitusmeetodi puudused ületada, mille tulemuseks on hea hübriidefekt.
Laserkaar-hübriidkeevitus parandab oluliselt keevitamise efektiivsust, mis põhineb peamiselt kahel efektil: esiteks, kõrge energiatihedus viib suurema keevituskiiruseni ja töödeldava detaili väiksema soojuskaduni; teiseks, kahe soojusallika vastastikmõju superpositsiooniefekt. Terase keevitamisel stabiliseerib laserplasma kaaret; samal ajal siseneb kaar sulavanni võtmeauku, vähendades energiakadu. Laseri ja TIG-keevituse kombinatsioon võib oluliselt suurendada keevituskiirust, umbes kaks korda rohkem kui TIG-keevitamisel. Samuti väheneb oluliselt volframelektroodi kulumine, mis pikendab selle kasutusiga; soone nurka saab samuti oluliselt vähendada ja keevisõmbluse ristlõikepindala on sarnane laserkeevituse omaga. Võrreldes laser-ühekordse kaarega hübriidkeevitusega, võib laser-kahekordse kaarega hübriidkeevitus vähendada keevituse soojussisendit 25% ja suurendada keevituskiirust umbes 30%.
Laserkaar- (või plasmakaar-) hübriidkeevituse peamised eelised on parem keevituskiirus ja läbitungimissügavus. Kaare kuumutamise tõttu tõuseb metalli temperatuur, mis vähendab metalli peegeldust laserile ja suurendab valgusenergia neeldumist. Seda meetodit on testitud väikese võimsusega CO₂ laserkeevituse, samuti 12 kW CO₂ laserkeevituse ja 2 kW YAG laserite puhul, millel on optiline kiudülekanne, pannes aluse robotiseeritud laserkaar- (või plasmakaar-) hübriidkeevitusele. Viimastel aastatel on laserkaarhübriidist sündinud hübriidkeevitustehnoloogia saavutanud märkimisväärset arengut ning selle rakendamine keerukates komponentides lennunduses, sõjanduses ja muudes sektorites on pälvinud üha suuremat tähelepanu. Praegu on hübriidkeevitustehnoloogia, mis ühendab suure energiaga kiiri erinevate kaaridega, muutunud suure energiaga kiirkeevituse valdkonna üheks populaarseimaks kohaks.
(2) Hõõrdkeevitus
Hõõrdkeevitus (FSW) on patenteeritud keevitustehnoloogia, mille töötas välja Ühendkuningriigi Keevitusinstituut (TWI) 1990. aastate alguses. Selle abil saab keevitada värvilisi metalle, mida on sulatuskeevitusmeetodite abil keeruline keevitada.
Hõõrdkeevituse eelised on lihtne ühendusprotsess, peeneteraline keevisliide, hea väsimuskindlus, tõmbetugevus ja paindekindlus, keevitustraadi või kaitsegaasi puudumine, kaarleegi puudumine ning madal jääkpinge ja deformatsioon pärast keevitamist. Seda on rakendatud arenenud riikide lennundustööstuses Euroopas ja Ameerikas ning seda on edukalt kasutatud madalatel temperatuuridel töötavate alumiiniumisulamist õhukeseinaliste surveanumate keevitamisel, viies lõpule pikisuunaliste keevisõmbluste sirgete ja ringkeevisõmbluste ümbermõõduliste põkk-ühenduste loomise. Seda tehnoloogiat on kasutusele võetud uute sõidukite uues konstruktsioonilises disainis ja rakendatud lennunduses, transpordis, autotööstuses ja muudes tööstussektorites.
(3) Vaakumdiffusioonkeevitus
Täiustatud materjalide pidev ilmumine esitab ühendustehnoloogiatele uusi väljakutseid. Paljude uute materjalide, näiteks kuumakindlate sulamite, kõrgtehnoloogilise keraamika, metallidevaheliste ühendite ja komposiitmaterjalide ühendamine, eriti erinevate materjalide ühendamine, on tavapäraste sulatuskeevitusmeetodite abil keeruline, mistõttu on tekkinud tahkis-difsioonliimimine ja muud tehnoloogiad. Näiteks on üliplastset vormimis-difsioonkeevituse tehnoloogiat edukalt rakendatud lennukite titaanisulamist kärgstruktuurides. Keraamikat ja metalle saab ühendada difusioonkeevituse abil; siirdevedelikfaasi difusioonkeevituse tehnoloogia rakendamine on lahendanud paljusid keerulisi kõvade materjalide ühendamisprobleeme, mida ei olnud võimalik lahendada tavaliste keevitusmeetoditega.sulakeevitusminevikus.
Tahkiseühendamist saab jagada kahte kategooriasse. Üks on madala temperatuuri, kõrge rõhu ja lühikese ajaga ühendamismeetod, mis soodustab töödeldava pinna tihedat kokkupuudet ja oksiidkile purunemist lokaalse plastilise deformatsiooni kaudu. Plastiline deformatsioon on vuugi moodustamisel domineeriv tegur. Selliste ühendamismeetodite hulka kuuluvadhõõrdkeevitus, plahvatuskeevitus, külmsurvekeevitus ja kuumsurvekeevitus, mida tavaliselt nimetatakse survekeevituseks. Teine on difusioonliimimismeetod, mis kasutab kõrget temperatuuri, madalat rõhku ja suhteliselt pikka aega ning mida tavaliselt viiakse läbi kaitsvas atmosfääris või vaakumis. See ühendusmeetod tekitab minimaalse plastilise deformatsiooni ja liidese difusioon on vuugi moodustamisel domineeriv tegur. Sellised ühendusmeetodid hõlmavad peamiselt difusioonkeevitust, näiteks vaakumdiffusioonkeevitust, siirdevedelikfaasi difusioonkeevitust, kuumisostaatpressimise difusioonkeevitust ja üliplastilist vormimis-diffusioonkeevitust.
Lisaks täiustatud keevitusmeetodite ja uute protsesside pidevale ilmumisele (eeltoodud on vaid mõned näited) paraneb pidevalt ka erinevate keevitusmeetodite mehhaniseerimise ja automatiseerimise tase. Elektroonikatehnoloogia, anduritehnoloogia, arvutite ja juhtimistehnoloogia areng on oluliselt soodustanud keevitusdistsipliini arengut, pannes keevitusautomaatika liikuma intelligentse juhtimise suunas. Eelkõige on keevitusrobotite laiaulatuslik kasutuselevõtt murdnud läbi traditsioonilise jäiga keevitusautomaatika, avanud uue paindliku automatiseerimisviisi keevitamisel ja pakkunud laiemat arenguruumi keevitustehnoloogiale. Keevitamisest on saanud tänapäeva tootmises asendamatu töötlemismeetod. Lisaks laienevad teaduse ja tehnoloogia ning sotsiaalse ja majandusliku arenguga edasi ka täiustatud keevitamise/liitmise rakendusvaldkonnad.
(4) Automatiseeritud ja intelligentne keevitamine
Mehhaniseerimine ja automatiseerimine on olulised vahendid keevitustootlikkuse parandamiseks, toote kvaliteedi tagamiseks ja töötingimuste parandamiseks. Keevitustootmise automatiseerimine on keevitustehnoloogia tulevane arengusuund. Keevitustootmise efektiivsuse ja kvaliteedi parandamisel on teatud piirangud ainult keevitusprotsesside seisukohast. Keevitus-/liitmismeetoditel, nagu elektronkiirkeevitus, laserkeevitus ja hõõrdkeevitus, on soone geomeetriale ja montaažikvaliteedile ranged nõuded. Pärast automaatset keevitamist on kogu keevitatud konstruktsioon puhas, täpne ja ilus, muutes varasemat käsitsi juhtimise nähtust keevitustöökodades.
Ühe olulise sümbolina kaasaegse tootmistehnoloogia ja tärkava tehnoloogiatööstuse arengust on robotitel olnud oluline mõju kõrgtehnoloogiliste tööstusharude erinevatele valdkondadele. Keevitusprotsesside keerukus ja ranged nõuded keevituskvaliteedile koos sageli halva keevitustehnoloogia taseme ja töötingimustega panevad erilist tähelepanu keevitusprotsessidele, mis võimaldavad keevitusprotsessi automatiseerida ja intelligentseks muuta. Praegu kasutatakse keevitustehnoloogias 30–40% robotitest kogu maailmas. Keevitusroboteid rakendati algselt peamiselt autotööstuse punktkeevitusliinidel ning viimastel aastatel on need järk-järgult laienenud ka teistele tootmisvaldkondadele.
Esimene arendusfookusintelligentne keevitamineon nägemissüsteem. Praegu väljatöötatud nägemissüsteemid võimaldavad robotitel keevitamise ajal põleti liikumistrajektoori automaatselt vastavalt konkreetsetele tingimustele muuta ning mõned suudavad protsessi parameetreid õigeaegselt soone suuruse järgi reguleerida.
Postituse aeg: 20. august 2025
