Dwa w jednym – spawanie hybrydowe

© General Electric

Udostępnij:

Procesy spawania metodami tradycyjnymi niosą ze sobą pewne ryzyko wystąpienia nadmiernych i niekontrolowanych odkształceń na powierzchni łączonych materiałów. Aby w jak największym stopniu ograniczyć takie niebezpieczeństwo, opracowano metodę hybrydową, która łączy w sobie zalety technologii spawania laserowego i spawania łukowego w osłonie gazowej elektrodą topliwą (GMA), eliminując jednocześnie większość wad tych rozwiązań.

Najważniejszą kwestią w procesie spawania jest uzyskanie trwałego połączenia spajanych konstrukcji. Dlatego niezwykle istotne jest osiągnięcie połączenia pozbawionego nadmiernych odkształceń i naprężeń w konstrukcjach, które – nawet jeśli niewidoczne tuż po samym spawaniu – mogą ujawnić się w trakcie późniejszej eksploatacji. Kolejną kwestią jest szybkość całego procesu, która zaczyna odgrywać znaczącą rolę podczas przemysłowego spawania konstrukcji o dużych powierzchniach, gdyż pozwala redukować poziom rozgrzewania i odkształcania materiału. Pozostaje jeszcze problem łączenia materiałów specjalnych lub skonstruowanych w taki sposób, że nie wszystkie metody spawalnicze można do nich zastosować i jedyną możliwą technologią jest np. zastosowanie wiązki laserowej.


 


TOP w kategorii




Hybrydowe rozwiązanie problemów

Stosowanie różnych technologii spawalniczych nie zawsze okazywało się na tyle skuteczne, by wyeliminować wszystkie pojawiające się problemy. Pewnym remedium, które staje się dziś coraz powszechniejsze, jest spawanie hybrydowe (ang. Hybrid Laser Arc Welding, HLAW). W klasycznej postaci metoda ta łączy w sobie szybkość spawania laserowego z zaletami spawania tradycyjnego. Najważniejszym założeniem tego typu spawania jest uzyskanie efektu synergii: w procesie hybrydowym można osiągnąć korzyści charakterystyczne dla obu tych metod w przypadku, gdyby były stosowane niezależnie. W procesie tym wiązka lasera wykonuje głębokie i wąskie wtopienie w materiał przy niskiej energii liniowej, co pozwala wyeliminować bądź zredukować w znacznym stopniu odkształcenia i naprężenia spawalnicze. Z kolei stopiony materiał elektrody uzyskany metodą GMA wypełnia szczeliny rowka spawalniczego, a niska szybkość chłodzenia wpływa na obniżenie twardości spoin.

W procesach spawania hybrydowego wykorzystuje się różne źródła ciepła. Stosowane są lasery lampowe (Nd:YAG), dyskowe (Yb:YAG), włóknowe (Yb:Glaas), diodowe o dużej mocy oraz – najczęściej – gazowe lasery CO2. Z kolei do wytworzenia źródła łukowego wykorzystuje się metody TIG, PTA, MIG/MAG bądź łuk kryty. Obecnie w aplikacjach przemysłowych najczęściej stosuje się połączenie lasera oraz metody MIG (ang. Metall-Inert-Gas) lub MAG (ang. Metall-Aktiv-Gas) oraz WIG (ang. Wolfram-Inert-Gas).

Spawanie hybrydowe pozwala na unowocześnienie wielu procesów technologicznych. Nie tylko zwiększa szybkość samego spawania, ale przede wszystkim pozwala na łączenie wysoce zaawansowanych produktów przemysłowych, zapewniając przy tym znacznie elastyczniejsze spoiny niż spawanie laserowe.

 

Główne zalety

Połączenie zalet obu metod spawalniczych – szybkości spawania nawet do 50% większej niż w przypadku typowego spawania laserowego oraz zachowania wąskiej i głębokiej spoiny o wysokiej jakości, wyższym stopniu elastyczności i z mniejszą liczbą odkształceń – to najważniejsza przesłanka przemawiająca za szerokim wykorzystaniem spawania hybrydowego w procesach przemysłowych.

Rozkładając jednak cały proces na czynniki pierwsze, można wymienić jeszcze sporo innych zalet tej techniki spawalniczej. Występujący przy takim spawaniu łuk spawalniczy pozwala na zastosowanie źródeł laserowych o mniejszej mocy dla takiej samej grubości łączonych powierzchni. Ponadto metoda ta umożliwia zredukowanie liczby ściegów niezbędnych do wykonania złącza: w tradycyjnych procesach wymagane jest najczęściej wielowarstwowe spawanie metodami łukowymi, a w metodzie hybrydowej podobny efekt można uzyskać już przy pojedynczym ściegu. Przekłada się to nie tylko na oszczędność czasu i kosztów realizacji, ale również na stabilność procesu spawania.

Kolejną ważną przesłanką przemawiającą za wyborem tej metody jest dużo większa tolerancja dokładności dopasowania spawanych elementów (możliwość łączenia elementów zestawionych ze szczeliną), co przekłada się na znaczące obniżenie kosztów w fazie przygotowawczej. Pozwala to na kilkukrotne nawet zwiększenie obszaru parametrów użytkowych w porównaniu z procesem spawania samym laserem. Zastosowanie drutu elektrodowego metody GMA zapewnia z kolei możliwość wpływania za pomocą spoiwa na własności metalurgiczne i chemiczne złącza, a także wykonywania spoin pachwinowych i napoin. Jest to cecha przydatna szczególnie przy łączeniu stali nierdzewnych z węglowymi. Ponadto znacząco ograniczono konieczność wykonywania ukośnych brzegów łączonych powierzchni lub też całkowicie ją wyeliminowano.

Na koniec warto jeszcze wspomnieć o związanych z metodą hybrydową korzyściach wynikających z oszczędności na kosztach transportu. W przypadku tradycyjnych metod bardzo często istniała konieczność przewozu gotowych, nierzadko dużych elementów na miejsce ich finalnego montażu. Urządzenia wykorzystywane w spawaniu hybrydowym są najczęściej przenośne i tym samym pozwalają na wykonanie spawania bezpośrednio w miejscu montażu elementu.

 

Do dużych powierzchni

Korzyści ze stosowania metody hybrydowej rosną wraz ze wzrostem grubości spawanych materiałów. Dlatego jest ona szczególnie chętnie wykorzystywana do łączenia dużych i grubych powierzchni, głównie blach o grubości od 2 do nawet kilkunastu milimetrów techniką doczołową. Czas spawania jest wtedy kilkukrotnie krótszy niż w przypadku innych metod. Przy większych grubościach korzystanie z metody hybrydowej również jest możliwe, ale wtedy wymagane jest stosowanie kilku przejść.

Metodą spawania hybrydowego można łączyć różne rodzaje materiałów, ale najczęściej wykorzystuje się ją do spawania konstrukcji wykonanych ze stali stopowych i wysokostopowych, aluminium i jego stopów, blach karoseryjnych, a także stopów niklowo-chromowych.

Powyższe właściwości powodują, że połączenie metody laserowej i łukowej najczęściej jest stosowane w takich branżach jak stoczniowa (spawanie tą metodą dużych elementów okrętów pozwala skrócić czas cyklu nawet o 80%) czy motoryzacyjna. Ponadto używana jest ona przy rurociągach oraz do wykonywania spoin pachwinowych.

Wysoki stopień zaawansowania technologii spawalniczych osiągnięty pod koniec XX wieku sprawia, że bez dużych nakładów dalszy ich rozwój jest mocno ograniczony. Stąd duże nadzieje wiązane są z metodą spawania hybrydowego, która nie tylko łączy zalety kilku innych technik, ale przede wszystkim daje się zaimplementować w dość krótkim czasie bez konieczności inwestowania dużych środków finansowych oraz bez długiego testowania nowych rozwiązań, które niekoniecznie muszą przynieść zamierzony efekt.

Udostępnij:

Drukuj





Wojciech Traczyk



Chcesz otrzymać nasze czasopismo?
Zamów prenumeratę
Zobacz również