Следующий

В лаборатории сообщалось об источниках мощности для лазерной сварки мощностью до 100 кВт, которые могут сваривать более 50 мм стали за один проход. На этой фотографии мы видим высокоскоростную волоконную лазерную сварку сверхвысокопрочных сталей для автомобильной промышленности.

Большинство экспертов считают сварку зрелой технологией. Тем не менее, за последние два десятилетия были достигнуты значительные успехи в разработке новых технологий соединения новых высокопрочных материалов, интеграции интеллектуальной автоматизации и применении различных сварочных процессов в аддитивном производстве (АП) компонентов. Исследование тенденций в исследовательском и промышленном секторах дает некоторое представление о том, где могут расти пробелы в знаниях для инноваций, а также потенциальные пробелы в навыках для будущих сварщиков и инженеров.

Горячие темы

В 2012 году Международный институт сварки (IIW) провел опрос более 60 экспертов по всему миру, чтобы выявить инновации, оказавшие наибольшее влияние на сварку [1]. На нем были рассмотрены текущие проблемы, связанные с новыми материалами и их свариваемостью. Некоторые из новых технологий, обозначенных как области роста, включают робототехнику, электронно-лучевую, лазерную, гибридную лазерную сварку, сварку трением и магнитно-импульсную сварку. Опубликованная литература с 2013 по 2018 год позволяет предположить, что эти темы по-прежнему остаются актуальными в научных исследованиях. Например, в течение этого периода из 10 наиболее цитируемых статей, в которых «сварка» рассматривается как тема [2-11], все связаны с процессами лазерного, электронного луча или фрикционного перемешивания; однако в восьми из этих статей эти процессы применяются к AM или 3D-печати металлических компонентов. Это не так уж удивительно, поскольку как в государственном, так и в частном секторе наблюдается ошеломляющий уровень инвестиций, направленных на исследования AM, позволяющие печатать крупные металлические компоненты и конструкции.

Хотя коммерческие системы, основанные на лазерном нагреве порошкового слоя, используются в ряде отраслей промышленности, проволочно-дуговые АМ [12] только начинают получать распространение в производстве. Одним из наиболее заметных применений этого процесса является пешеходный мост, изготовленный MX3D [13] с использованием роботизированной газовой дуговой сварки. Хотя этот пример является впечатляющим разовым экспонатом, эта технология признана экономически жизнеспособной для других крупных компонентов, таких как гребные винты военно-морских кораблей; Фактически, на 3D-принтере был напечатан пропеллер диаметром 1,35 м и массой 400 кг [14]. Ожидается, что на рынок появятся и другие приложения, требующие квалифицированных работников, способных сочетать знания в области сварки с роботизированной автоматизацией и управлением с обратной связью. Более продвинутые системы используют источники электронно-лучевого тепла для нанесения металла с контролем геометрии с обратной связью [15], и некоторые из них в настоящее время устанавливаются у поставщиков услуг AM в Канаде [16].

Недавно сварка трением с перемешиванием была адаптирована для облегчения нанесения материала для АД [17]; это дает некоторые уникальные преимущества с точки зрения скорости сборки и свойств материала. Сварка трением с перемешиванием была коммерчески внедрена в автомобильной промышленности компаниями Honda и Mazda для таких применений, как соединение разнородного алюминия со сталью [18]. Применение сварки трением с перемешиванием, вероятно, будет расширяться в автомобильном секторе для строительства электромобилей [19], где сварка аккумуляторного лотка обычно включает в себя несколько экструдированных и формованных алюминиевых компонентов, которые должны быть герметично закрыты во время сварки.

Одним из самых экзотических материалов, недавно соединенных с помощью сварки трением с перемешиванием, является CoCrFeNiMn, который представляет собой высокоэнтропийный сплав, который может достигать прочности более 600 МПа и деформации до разрушения, превышающей 60 процентов [20]. Эти высокоэнтропийные сплавы привлекли значительное внимание в последние несколько лет благодаря сочетанию своих свойств и потенциалу замены высококачественных сталей и титановых сплавов в аэрокосмической отрасли или в энергетике, где необходимы материалы для твердых покрытий.

Расширение возможностей лазерной сварки