Applicazione della tecnologia di taglio laser nell'ingegneria navale
La richiesta di taglio dei metalli nel campo dell'ingegneria navale è enorme. Le tecnologie tradizionali di taglio dei metalli sono la tecnologia di taglio a fiamma ossigenata ad alta velocità e la tecnologia di taglio al plasma ad arco. Tuttavia, entrambe presentano carenze come la bassa velocità di taglio, la grande deformazione termica del pezzo e la difficoltà di garantire l'accuratezza del prodotto. Poiché la concorrenza nel mercato dell'ingegneria offshore si fa sempre più agguerrita e i profitti dell'industria continuano a diminuire, i clienti stanno diventando sempre più severi sulla qualità. La tecnologia tradizionale di taglio dei metalli non è in grado di soddisfare la domanda del mercato e viene gradualmente eliminata dal mercato. Le caratteristiche del laser determinano che la tecnologia di taglio laser presenta grandi vantaggi rispetto ad altre tecnologie. Utilizza un raggio laser ad alta energia per irradiare la superficie del pezzo da lavorare e vaporizzare il materiale in un tempo molto breve, quindi utilizza un gas ausiliario per rimuovere i residui. Camminare per formare una fessura, diagramma schematico della tecnologia di taglio laser. Si può notare che durante la lavorazione laser non c'è contatto diretto tra il laser e il materiale e non è necessario alcun utensile che partecipi al taglio nel programma di lavorazione. Pertanto, non vi è alcun impatto o forza diretta sul pezzo da lavorare, che non subirà deformazioni plastiche o elastiche. L'energia del raggio laser è molto elevata, la densità è forte, la velocità di lavorazione è veloce e lavora una parte del pezzo, con un impatto minimo sulle altre parti, evitando così la deformazione del pezzo dovuta al calore. Nel 1992, l'azienda navale europea Vosper Thorny Croft ha assemblato la prima apparecchiatura di taglio laser al mondo e l'ha applicata con successo all'industria navale. Successivamente, anche la società di costruzioni navali Bender negli Stati Uniti ha installato la prima apparecchiatura di taglio laser ad alta potenza al mondo, il laser Tanaka LMX III, per migliorare ulteriormente la qualità di lavorazione del taglio laser e ridurre i costi di produzione. Dopo l'ingresso nel XXI secolo, i laser a fibra sono stati ampiamente utilizzati nel campo del taglio dell'ingegneria navale grazie all'eccellente qualità del fascio, all'elevata efficienza di conversione elettro-ottica, alle dimensioni ridotte a parità di potenza e alla migliore flessibilità di lavoro garantita dalla trasmissione in fibra ottica. Jae Sung Shin et al. hanno utilizzato un laser in fibra da 6 kW per studiare le prestazioni di taglio del laser in fibra ad alta velocità su lastre di acciaio inossidabile; Antti Salminen et al. hanno utilizzato un laser in fibra da 5 kW per studiare gli effetti della potenza del laser, della velocità di taglio e della pressione del gas ausiliario sulle prestazioni e sulla qualità del taglio.
Applicazione della tecnologia di saldatura laser nell'ingegneria navale
Le lamiere metalliche di vari materiali sono i materiali più comunemente utilizzati nel campo dell'ingegneria navale. Per assemblare le lamiere in attrezzature di ingegneria navale come navi, piattaforme di perforazione offshore e navi ausiliarie offshore, si utilizzano solitamente metodi di saldatura. Da eseguire. I metodi di saldatura tradizionali comprendono la saldatura a gas, la saldatura ad arco sommerso, la saldatura MIG/TIG, ecc. Questi metodi spesso generano una grande quantità di calore durante il processo di saldatura, causando la deformazione del pezzo a causa dell'eccessivo riscaldamento. Le aziende produttrici di apparecchiature devono spendere tempo e costi aggiuntivi per correggere questi difetti, che a loro volta incidono sull'efficienza produttiva e sui margini di profitto dell'azienda. La saldatura laser è una nuova tecnologia di saldatura nata dallo sviluppo e dall'applicazione della tecnologia laser. Il processo di saldatura è di tipo a conduzione termica. Il laser irradia la superficie della piastra e il calore si diffonde dalla superficie della piastra all'interno attraverso la conduzione termica. Ottimizzando i parametri specifici dell'impulso laser, come la potenza, la frequenza, l'ampiezza dell'impulso e così via, è possibile fondere e formare un pool fuso specifico sulla superficie locale della piastra. Pertanto, rispetto alla tecnologia di saldatura tradizionale, la saldatura laser non entra in contatto con il pezzo da saldare e presenta vantaggi unici, quali cordoni di saldatura di dimensioni ridotte, elevata resistenza e alta efficienza. Inoltre, la tecnologia di saldatura laser e la tecnologia di taglio laser possono essere ben integrate per ottenere una produzione altamente automatizzata di attrezzature di ingegneria offshore. Sebbene la tecnologia di saldatura laser presenti dei vantaggi unici, ha anche dei limiti che non possono essere ignorati, come i requisiti di alta precisione per l'assemblaggio della saldatura, la scarsa capacità di colmare il bagno fuso e la scarsa stabilità del processo di saldatura. L'esistenza di questi problemi limita lo spessore e l'efficienza della saldatura laser e ostacola la promozione e l'applicazione della tecnologia di saldatura laser nel campo dell'ingegneria navale. Per risolvere questi problemi, è stata sviluppata la tecnologia di saldatura ibrida laser-MIG/TIG. Questa tecnologia combina due diverse fonti di calore, il laser e l'arco, per lavorare un pezzo contemporaneamente, in modo da sfruttare appieno i rispettivi vantaggi e compensare le rispettive carenze. Wang Jun della Huazhong University of Science and Technology utilizza sia un laser a fibre che una saldatrice MIG per eseguire una saldatura ibrida laser-MIG su piastre in lega di alluminio. La deformazione e le sollecitazioni del pezzo dopo la saldatura sono molto ridotte e la superficie saldata è bella, senza pori, crepe e altri comuni problemi di saldatura. difetti, e la saldatura ha eccellenti proprietà meccaniche, con una resistenza alla trazione di 220 MPa. L'Università di Aeronautica e Astronautica di Pechino ha utilizzato laser CO2 e saldatrici TIG a impulsi CA e CC per condurre esperimenti di saldatura ibrida laser-TIG a doppia focalizzazione su acciaio inossidabile 304. I risultati degli esperimenti mostrano che la saldatura ad arco laser rotante a doppio raggio può stabilizzare il processo di saldatura e migliorare la qualità e l'efficienza della saldatura dell'acciaio inossidabile 304. Inoltre, oltre a migliorare la tecnologia laser, gli studiosi hanno sviluppato una tecnologia di tracciamento dei cordoni di saldatura laser, in grado di rilevare e controllare il processo di saldatura in tempo reale. È stato sviluppato un metodo automatizzato di rilevamento dei cordoni di saldatura che integra in modo ottimale la testa di saldatura laser e il modulo di tracciamento video CCD per ottenere il tracciamento in tempo reale della saldatura laser. A. Belitzki et al. hanno applicato una rete neurale artificiale al processo di saldatura laser, in grado di prevedere la tendenza alla deformazione futura in base ai parametri di saldatura nell'area locale. L'applicazione completa di queste tecnologie può risolvere i limiti della saldatura laser e promuovere una ricerca approfondita sulla tecnologia di saldatura laser nel campo dell'ingegneria navale.
Applicazione della tecnologia di pulizia laser nell'ingegneria navale
Nell'ambiente marino, a causa dell'influenza di vari fattori come l'acqua di mare, la brezza marina e le correnti oceaniche, la superficie dell'acciaio delle apparecchiature di ingegneria navale è soggetta alla corrosione per evoluzione dell'idrogeno, formando così una superficie di ossido di ferro sciolto. Gli atomi di O e gli ioni H esterni possono diffondersi nell'acciaio attraverso l'ossido di ferro, causando una continua ossidazione e corrosione dell'acciaio, riducendo la durata di vita e la resistenza al vento e alle onde delle apparecchiature di ingegneria offshore. È quindi necessario adottare misure per rimuovere tempestivamente gli ossidi dalla superficie dell'acciaio, ridurre la probabilità di incidenti nelle attrezzature di ingegneria navale e migliorare la capacità di resistere ai rischi. L'uso del laser come mezzo per rimuovere gli ossidi dalle superfici metalliche è una tecnologia ad alta tecnologia che è stata gradualmente sviluppata negli ultimi anni con la ricerca e lo sviluppo della tecnologia di elaborazione laser. Si tratta della cosiddetta tecnologia di pulizia laser. Questa tecnologia utilizza un raggio laser con una certa energia per irradiare l'area arrugginita, provocando un rapido riscaldamento della superficie e innescando una serie di reazioni come la diffusione termica, l'espansione termica e lo stress termico, facendo così cadere la ruggine senza danneggiare la superficie del substrato. Essendo un tipo di tecnologia di lavorazione laser, la tecnologia di pulizia laser presenta anche le caratteristiche tipiche della lavorazione laser, come l'elevato grado di automazione, l'ecocompatibilità e l'assenza di inquinamento, la rimozione fine, la facilità di funzionamento e la lavorazione senza contatto. Pertanto, la tecnologia di pulizia laser presenta vantaggi significativi in ambienti marini complessi e difficili e può essere ampiamente utilizzata nelle attrezzature di ingegneria marina, come le piattaforme di perforazione sperimentale in alto mare, la produzione di navi, ecc. Lu et al. dell'Università Nazionale di Singapore hanno utilizzato laser molecolari per pulire al laser l'acciaio inossidabile e hanno scoperto che quando la densità di energia del laser è maggiore e il numero di impulsi laser è più elevato, la capacità di pulizia del laser è maggiore. Per rimuovere la vernice dalla lega di alluminio 2024 è stato utilizzato un laser CO2. Dopo una scansione laser, lo strato di vernice sulla superficie della lega di alluminio è caduto completamente, mentre la matrice è rimasta intatta. Inoltre, la tecnologia di pulizia laser può produrre cambiamenti caratteristici permanenti sulla superficie dei materiali in acciaio marino durante il processo di lavorazione, come una maggiore resistenza alla corrosione, durezza e resistenza all'ossidazione. La tecnologia di pulizia laser è stata utilizzata per pulire la superficie del tubo Ti-3Al-2,5 V, quindi è stata saldata e sono stati rilevati i cambiamenti nella morfologia superficiale, nella durezza, nella composizione chimica, nella struttura metallografica e in altre proprietà dopo la saldatura. Gli esperimenti dimostrano che saldando il pezzo dopo la pulizia laser, il campione preparato ha una migliore qualità di saldatura. Rechner et al. hanno eseguito la pulizia laser sulla lega di alluminio AW6016 e hanno utilizzato metodi di rilevamento pertinenti per osservare i cambiamenti nelle proprietà del materiale prima e dopo la pulizia. Hanno scoperto che la pulizia laser non solo ha rimosso la pellicola di ossido sulla superficie della lega di alluminio, ma ha anche migliorato le proprietà superficiali del materiale. Negli ultimi anni, con il rapido sviluppo della tecnologia laser, sono stati sviluppati laser a fibra con una migliore qualità del fascio, una maggiore efficienza e affidabilità. Questo tipo di laser ha un'elevata frequenza di ripetizione, un'ampiezza d'impulso che va da alcuni nanosecondi a centinaia di nanosecondi e un'energia di un singolo impulso che può raggiungere i millijoule, il che lo rende un grande vantaggio nella pulizia laser in campo industriale, soprattutto nel campo dell'ingegneria navale. . Allo stesso tempo, i laser a fibra hanno bassi costi di funzionamento e manutenzione, ingombri ridotti e sono facili da integrare con altri sistemi di automazione. Pertanto, il laser in fibra è una delle importanti direzioni di sviluppo della tecnologia di pulizia laser.
Conclusione
La tecnologia di lavorazione laser presenta molti vantaggi unici, come l'alta densità di energia, il ridotto effetto termico e l'elevato grado di automazione. Lo sviluppo e l'applicazione della tecnologia di lavorazione laser fornisce metodi di lavorazione migliori e più rapidi per le attrezzature di ingegneria navale e migliora l'efficienza produttiva delle attrezzature di ingegneria navale. Attualmente, la moderna tecnologia di lavorazione laser si è sviluppata nella direzione dell'intelligenza, il che promuoverà notevolmente la profondità e l'ampiezza dell'applicazione della tecnologia di lavorazione laser ad alta precisione nel campo dell'ingegneria navale. La tecnologia di elaborazione laser non solo può essere ampiamente utilizzata nel campo dell'ingegneria navale, ma può anche essere applicata a settori di alto livello come l'aerospaziale, la produzione di automobili e la biomedicina. Pertanto, è necessario promuovere lo sviluppo del lavoro di ricerca nazionale pertinente in combinazione con le condizioni nazionali, in modo che la tecnologia di elaborazione laser possa svolgere un ruolo importante nella difesa marittima e nella costruzione economica del mio Paese, e promuovere l'industria manifatturiera di ingegneria marina del mio Paese per diventare un'industria di livello mondiale il più presto possibile.
