Entwicklung und Anwendung der Laser-Lichtbogen-Hybridschweißtechnologie für High-End-Produktionslinien für kontinuierliche Platten und Bänder

Projektübersicht: Die Schweißgerät ist eine der Kernkomponenten der kontinuierlichen Platten- und Streifenproduktionslinie und integriert Optik, Mechanik, Elektronik, Hydraulik und Pneumatik. Seine Schweißqualität bestimmt direkt, ob die Produktionslinie kontinuierlich und stabil arbeiten kann.

Mit der Entwicklung der Volkswirtschaft und den steigenden Anforderungen an Energieeinsparung und Emissionsreduzierung steigt der Bedarf an fortschrittlichen speziellen metallurgischen Materialien wie hochfestem Stahl, hochchromhaltigem Edelstahl, hochmagnetischem Siliziumstahl und Nichteisenmetallen. Diese Materialien stellen jedoch beim Schweißen erhebliche Herausforderungen dar, wie starke Versprödung der Schweißnähte und häufiges Reißen der Bänder. Diese Probleme haben höhere Anforderungen an die Zuverlässigkeit des Schweißprozesses und die Präzision der Geräte gestellt. Lange Zeit wurden für diese Materialien importierte Laserschweißmaschinen verwendet. Diese Maschinen sind jedoch teuer und verwenden hauptsächlich CO₂-Gaslaser, die erhebliche Nachteile mit sich bringen: komplexe Strukturen, hohe Wartungskosten und teurer Betrieb.

Im letzten Jahrzehnt haben Festkörperlaser, wie Faser- und Scheibenlaser, aufgrund ihrer hohen photoelektrischen Umwandlungseffizienz, flexiblen Strahlführung, Stabilität und geringeren Wartungs- und Produktionskosten die traditionellen CO₂-Gaslaser in der industriellen Produktion nach und nach ersetzt. Die ursprünglichen Schweißverfahren, die für CO₂-Gaslaser entwickelt wurden, können die Produktionsanforderungen für moderne spezielle metallurgische Materialien nicht mehr erfüllen, sodass dringend neue Schweißverfahren und -geräte entwickelt werden müssen.

Nach fast zehn Jahren unabhängiger Forschung und Entwicklung hat das Projektteam von MCC South eine Reihe technischer Herausforderungen bei Schweißprozessen und -geräten bewältigt. Sie haben sich mit der schlechten Schweißbarkeit, Blechformfehlern und Schwierigkeiten bei der Erzielung einer stabilen Schweißqualität bei speziellen metallurgischen Materialien auseinandergesetzt. Diese Anstrengung führte zur erfolgreichen Entwicklung einer Laser-Lichtbogen-Hybridschweißmaschine für High-End-Produktionslinien für kontinuierliche Bleche und Bänder unter Verwendung von Festkörperlasern. Diese innovative Lösung ermöglicht das Schweißen schwieriger Materialien wie hochmagnetischer Siliziumstahl und martensitischer Edelstahl und erreicht damit erfolgreiche Produktionsanwendungen.

Wichtige Innovationen und Erfolge:

1. Entwicklung des Laser-Lichtbogen-Hybridschweißverfahrens und der entsprechenden Ausrüstung: Diese innovative Technologie ist speziell für hochwertige Spezialmetalle in kontinuierlichen Produktionslinien konzipiert. Sie gewährleistet eine außergewöhnliche Schweißzuverlässigkeit und erreicht eine Streifenbruchrate von weniger als 0.1 % und eine Wiederschweißrate von unter 1.2 %.

2. Geführte Schweißkopftechnologie: Erstmals wurde eine Technologie zur Führung und Positionierung des Schweißkopfes entwickelt, die die Arbeitsumgebung des Schweißkopfes verbessert, die Prozessstabilität erhöht und die Lebensdauer des Schweißkopfes verlängert.

3. Klaviertasten-Federdruckplatten-Technologie: Im Rahmen des Projekts wurde ein bahnbrechendes Federpressplattensystem mit Klaviertasten eingeführt, das die Kraft gleichmäßig über die Breite der Platte und des Streifens verteilt. Im Vergleich zu herkömmlichen Klemmmethoden werden dadurch Plattenfehler wie Kantenverformungen und Einkerbungen vermieden, was die Qualität und Stabilität der Schweißnähte deutlich verbessert.

Das Projekt hat 7-Patenteeinschließlich 2 Erfindungspatente, und veröffentlicht 5 wissenschaftliche Arbeiten. Der Bewertungsausschuss der China Metallurgical Group erkannte die Ergebnisse an und bestätigte, dass das Projekt eine „international fortgeschrittenes Niveau.“

Die von MCC South entwickelte Festkörper-Laser-Lichtbogen-Hybridschweißmaschine bietet stabile Leistung, hervorragende Schweißqualität, niedrige Betriebskosten und einfache Wartung. Die Gesamtinvestitionskosten betragen nur etwa ein Drittel als importierte Laserschweißmaschinen. Bis heute 15 Einheiten wurden erfolgreich in führenden Stahlunternehmen wie Baosteel, Maanshan Iron & Steel, JISCO, TISCO und Tsingshan Steel implementiert. Diese Schweißmaschinen wurden zum Schweißen anspruchsvoller Materialien verwendet, darunter hochfester Stahl, hochmagnetischer Siliziumstahl, hochchromhaltiger Edelstahl und Titanplatten. Insbesondere bei hochmagnetischem Siliziumstahl und martensitischem Edelstahl hat der Marktanteil der Laserschweißmaschinen von MCC South auf dem Inlandsmarkt 2018 erreicht. 100%.

Diese bahnbrechende Leistung stellt einen bedeutenden Fortschritt bei der Förderung der unabhängigen Innovationsfähigkeit Chinas dar, verringert die Abhängigkeit von importierter Ausrüstung und unterstützt die Entwicklung hochwertiger spezieller metallurgischer Materialien auf dem Weltmarkt.