Co jsou pokročilé svařovací technologie?
Rozvoj vědy a techniky vedl k neustálému pokroku ve svařovací technologii, což vedlo ke vzniku nových svařovacích metod. Pokročilé svařovací technologie označují pokročilé metody spojování nad rámec konvenčních (jako je svařování v ochranné atmosféře kovu, svařování pod tavidlem a konvenční svařování kovu v plynné atmosféře). Vznik a výzkum těchto pokročilých svařovacích metod jsou výsledkem interdisciplinární integrace. Pokročilé svařovací technologie (např. svařování vysokoenergetickým paprskem, laserové hybridní svařování, vakuové difuzní svařování arobotické svařování) se uplatňují v elektronice, energetice, automobilovém průmyslu, leteckém průmyslu, jaderném průmyslu a dalších odvětvích. Hrají klíčovou a nenahraditelnou roli při svařování speciálních materiálů a konstrukcí a podporují sociální a technologický pokrok.
Svařování pokročilých materiálů úzce souvisí s rozvojem high-tech a má jedinečné a nenahraditelné funkce. Po rychlém rozvoji ve 20. století vstoupila svařovací technologie jako důležitý článek moderního průmyslu do 21. století s vyspělým systémem, který se posunul od manuální výroby k mechanizované, automatizované, informačně založené a inteligentní výrobě. To znamená novou éru ve svařovací vědě a technice.
(1) Hybridní svařování laserovým obloukem
Technologie zpracování vysokoenergetickým paprskem je oslavována jako nejslibnější technologie zpracování v 21. století, o které se věří, že „přinese revoluční změny do technologií zpracování materiálů a výroby“ a v současné době je nejrychleji rostoucím a nejvíce prozkoumaným technickým oborem.
Vývojsvařovací zařízeníVýraz „směrem k velkému měřítku“ má dva významy: jedním je zvýšení výkonu zařízení a druhým je zvětšení dílů svařovaných tímto zařízením. Vzhledem k vysokým jednorázovým investicím do moderního svařovacího zařízení, zejména do laserového svařování a svařování elektronovým paprskem, může zvýšení výkonu, zlepšení hloubky průvaru a stability svařovacího procesu relativně snížit náklady na svařování, což jej činí přijatelným pro průmysl. Proto hybridní svařovací technologie zaměřená na lasery přitahuje pozornost. Hybridní svařování laserem a obloukem bylo navrženo již v 70. letech 20. století, ale stabilní průmyslové aplikace se objevily až v posledních letech, a to především díky rozvoji laserové technologie a zařízení pro obloukové svařování, zejména díky zlepšení laserového výkonu a technologie řízení oblouku. Hybridní svařování laserem a obloukem zahrnuje především kombinaci laseru s wolframovým obloukem v inertním plynu (TIG), plazmovým obloukem a aktivním obloukem. Interakcí mezi laserem a obloukem lze překonat nedostatky každé metody svařování, což vede k dobrému hybridnímu efektu.
Laserové hybridní svařování výrazně zlepšuje účinnost svařování, a to především díky dvěma účinkům: za prvé, vysoká hustota energie vede k vyšší rychlosti svařování a sníženým tepelným ztrátám obrobku; za druhé, superpoziční efekt interakce mezi dvěma zdroji tepla. Při svařování oceli laserová plazma stabilizuje oblouk; zároveň oblouk vstupuje do klíčového otvoru roztavené lázně, čímž se snižují energetické ztráty. Kombinace laseru a TIG může výrazně zvýšit rychlost svařování, přibližně dvojnásobnou oproti TIG svařování. Opotřebení wolframové elektrody se také výrazně snižuje, což prodlužuje její životnost; lze také výrazně zmenšit úhel drážky a plocha průřezu svaru je podobná jako u laserového svařování. Ve srovnání s laserovým hybridním svařováním s jedním obloukem může laserové hybridní svařování s dvěma oblouky snížit příkon svařovacího tepla o 25 % a zvýšit rychlost svařování přibližně o 30 %.
Hlavními výhodami hybridního svařování laserovým obloukem (nebo plazmovým obloukem) jsou zlepšená rychlost svařování a hloubka průvaru. V důsledku ohřevu oblouku se zvyšuje teplota kovu, což snižuje odrazivost kovu vůči laseru a zvyšuje absorpci světelné energie. Tato metoda byla testována na nízkoenergetickém CO₂ laserovém svařování, stejně jako na 12kW CO₂ laserovém svařování a 2kW YAG laserech s optickým přenosem, čímž položil základy pro robotické hybridní svařování laserovým obloukem (nebo plazmovým obloukem). V posledních letech dosáhla technologie hybridního svařování, která se zrodila z hybridního laserového oblouku, významného rozvoje a jejímu použití ve složitých součástech v leteckém, vojenském a dalších odvětvích se věnuje stále větší pozornosti. V současné době se technologie hybridního svařování kombinující vysokoenergetické paprsky s různými oblouky stala jedním z hlavních témat v oblasti svařování vysokoenergetickým paprskem.
(2) Svařování třením s promícháváním
Svařování třením s mícháním (FSW) je patentovaná technologie svařování vyvinutá Svařovacím institutem (TWI) ve Spojeném království na začátku 90. let. Dokáže svařovat neželezné kovy, které se obtížně svařují tavnými metodami.
Svařování třením s míchacím zařízením má výhody, jako je jednoduchý proces spojování, jemná zrna ve svarovém spoji, dobrá únavová pevnost, pevnost v tahu a ohybu, absence potřeby svařovacích drátů nebo ochranných plynů, absence obloukového světla a nízké zbytkové napětí a deformace po svařování. Používá se v leteckém průmyslu v rozvinutých zemích Evropy a Ameriky a úspěšně se používá při svařování tenkostěnných tlakových nádob z hliníkových slitin pracujících za nízkých teplot, k dokončení rovných tupých spojů podélných svarů a obvodových tupých spojů kruhových svarů. Tato technologie byla přijata v nových konstrukčních řešeních nových vozidel a uplatňuje se v leteckém, dopravním, automobilovém a dalších průmyslových odvětvích.
(3) Vakuové difuzní svařování
Neustálý vývoj pokročilých materiálů představuje nové výzvy pro technologie spojování. Spojování mnoha nových materiálů, jako jsou žáruvzdorné slitiny, high-tech keramika, intermetalické sloučeniny a kompozitní materiály, zejména spojování rozdílných materiálů, je obtížné dosáhnout pomocí konvenčních metod tavného svařování, a proto se objevily difuzní spoje v pevné fázi a další technologie. Například technologie superplastického tváření a difuzního svařování byla úspěšně použita u voštinových struktur titanových slitin v letadlech. Keramiku a kovy lze spojovat difuzním svařováním; použití technologie přechodného difuzního svařování v kapalné fázi vyřešilo mnoho obtížných problémů se spojováním tvrdých materiálů, které nebylo možné vyřešit konvenčními metodami.tavné svařovánív minulosti.
Spojování v pevné fázi lze rozdělit do dvou kategorií. Jednou z nich je metoda spojování s nízkou teplotou, vysokým tlakem a krátkou dobou, která podporuje těsný kontakt s povrchem obrobku a prasknutí oxidového filmu v důsledku lokální plastické deformace. Plastická deformace je dominantním faktorem při tvorbě spoje. Mezi takové metody spojování patřísvařování třením, explozní svařování, svařování tlakem za studena a svařování tlakem za tepla, které se obvykle nazývají tlakové svařování. Druhou je metoda difuzního spojování s vysokou teplotou, nízkým tlakem a relativně dlouhou dobou, obvykle prováděná v ochranné atmosféře nebo vakuu. Tato metoda spojování produkuje pouze minimální plastickou deformaci a difúze na rozhraní je dominantním faktorem při vytváření spoje. Mezi tyto metody spojování patří zejména difuzní svařování, jako je vakuové difuzní svařování, přechodové difuzní svařování v kapalné fázi, difuzní svařování izostatickým lisováním za tepla a superplastické tvářecí-difuzní svařování.
Kromě neustálého vývoje pokročilých svařovacích metod a nových procesů (výše uvedené jsou jen některé příklady) se neustále zlepšuje úroveň mechanizace a automatizace různých svařovacích metod. Pokrok v elektronických technologiích, senzorických technologiích, počítačových a řídicích technologiích výrazně podpořil rozvoj svařovací disciplíny a automatizaci svařování posunul směrem k inteligentnímu řízení. Zejména rozsáhlé zavedení svařovacích robotů prolomilo tradiční rigidní automatizovaný způsob svařování, otevřelo nový způsob flexibilní automatizace ve svařování a poskytlo širší prostor pro rozvoj svařovací technologie. Svařování se stalo nepostradatelnou metodou zpracování v moderní výrobě. S pokrokem vědy a techniky a sociálním a ekonomickým rozvojem se navíc budou i nadále rozšiřovat oblasti použití pokročilého svařování/spojování.
(4) Automatizované a inteligentní svařování
Mechanizace a automatizace jsou důležitými prostředky pro zlepšení produktivity svařování, zajištění kvality výrobků a zlepšení pracovních podmínek. Automatizace svařovací výroby je budoucím směrem vývoje svařovací technologie. Zlepšení efektivity a kvality svařovací výroby má určitá omezení pouze z hlediska svařovacích procesů. Metody svařování/spojování, jako je svařování elektronovým paprskem, laserové svařování a třecí svařování s promícháváním, mají přísné požadavky na geometrii drážek a kvalitu montáže. Po automatickém svařování je celá svařovaná konstrukce úhledná, přesná a krásná, což mění zastaralý jev ruční obsluhy ve svářečských dílnách v minulosti.
Jako jeden z důležitých symbolů rozvoje moderní výrobní technologie a rozvíjejícího se technologického průmyslu měli roboti významný dopad na různé oblasti high-tech průmyslu. Složitost svařovacích výrobních procesů a přísné požadavky na kvalitu svařování, spolu s často nízkou úrovní svařovací technologie a pracovními podmínkami, nutí svařovací procesy, které dokáží automatizovat a inteligentně provádět svařování, dostávat zvláštní pozornost. V současné době se ve svařovací technice na celém světě používá 30 % až 40 % robotů. Svařovací roboti se zpočátku používali převážně ve výrobních linkách pro bodové svařování v automobilovém průmyslu a v posledních letech se postupně rozšířili i do dalších výrobních oblastí.
První vývojové zaměřeníinteligentní svařováníje systém vidění. Aktuálně vyvinuté systémy vidění umožňují robotům automaticky upravovat trajektorii pohybu hořáku podle specifických podmínek během svařování a některé dokáží včas upravovat parametry procesu podle velikosti drážky.
Čas zveřejnění: 20. srpna 2025
