Desenvolvimento e aplicação de tecnologia de soldagem híbrida a laser e arco para linhas de produção contínuas de chapas e tiras de alta qualidade

Visão Geral do Projeto: A máquina de solda é um dos principais componentes da linha de produção contínua de chapas e tiras, integrando óptica, mecânica, eletrônica, hidráulica e pneumática. Sua qualidade de soldagem determina diretamente se a linha de produção pode operar de forma contínua e estável.

Com o desenvolvimento da economia nacional e as crescentes demandas por conservação de energia e redução de emissões, há uma necessidade crescente de materiais metalúrgicos especiais avançados, como aço de alta resistência, aço inoxidável com alto teor de cromo, aço silício altamente magnético e metais não ferrosos. No entanto, esses materiais apresentam desafios significativos na soldagem, como fragilização severa da costura de solda e quebra frequente da tira. Essas questões aumentaram os requisitos mais altos para a confiabilidade do processo de soldagem e precisão do equipamento. Por muito tempo, máquinas de soldagem a laser importadas foram usadas para esses materiais. No entanto, essas máquinas são caras e usam principalmente lasers de gás CO₂, que vêm com desvantagens significativas: estruturas complexas, altos custos de manutenção e operação cara.

Na última década, os lasers de estado sólido, representados por lasers de fibra e disco, substituíram gradualmente os lasers de gás CO₂ tradicionais na produção industrial devido à sua alta eficiência de conversão fotoelétrica, entrega de feixe flexível, estabilidade e menores custos de manutenção e produção. Os processos de soldagem originais projetados para lasers de gás CO₂ não podem mais atender aos requisitos de produção de materiais metalúrgicos especiais avançados, criando uma necessidade urgente de desenvolver novos processos e equipamentos de soldagem.

Após quase dez anos de pesquisa e desenvolvimento independentes, a equipe do projeto na MCC South superou uma série de desafios técnicos em processos e equipamentos de soldagem. Eles enfrentaram a baixa soldabilidade, defeitos de formato de chapa e dificuldades em atingir qualidade de soldagem estável de materiais metalúrgicos especiais. Esse esforço levou ao desenvolvimento bem-sucedido de uma máquina de soldagem híbrida de arco a laser para linhas de produção contínuas de chapas e tiras de ponta, utilizando lasers de estado sólido. Essa solução inovadora permite a soldagem de materiais difíceis, como aço silício de alto magnetismo e aço inoxidável martensítico, alcançando aplicações de produção bem-sucedidas.

Principais inovações e conquistas:

1. Desenvolvimento de Processo e Equipamento de Soldagem Híbrida Laser-Arco: Esta tecnologia inovadora é projetada especificamente para materiais metalúrgicos especiais de ponta em linhas de produção contínuas. Ela garante confiabilidade de soldagem excepcional, alcançando uma taxa de quebra de tira de menos de 0.1% e uma taxa de re-soldagem abaixo de 1.2%.

2. Tecnologia de cabeça de soldagem guiada: Pela primeira vez, foi desenvolvida uma tecnologia de orientação e posicionamento do cabeçote de soldagem, melhorando o ambiente de trabalho do cabeçote de soldagem, aumentando a estabilidade do processo e estendendo a vida útil do cabeçote de soldagem.

3. Tecnologia de placa de pressão de mola de tecla de piano: O projeto introduziu um sistema pioneiro de placa de pressão de mola de tecla de piano, que distribui uniformemente a força por toda a largura da placa e da tira. Comparado aos métodos tradicionais de fixação, isso elimina defeitos da placa, como empenamento de bordas e rebaixos, melhorando significativamente a qualidade e a estabilidade da costura de solda.

O projeto garantiu Patentes 7, incluindo 2 patentes de invenção, e publicado 5 trabalhos acadêmicos. O comitê de avaliação do China Metallurgical Group reconheceu os resultados, afirmando que o projeto alcançou um “nível avançado internacionalmente”.

A máquina de soldagem híbrida a laser-arco de estado sólido desenvolvida pela MCC South oferece desempenho estável, qualidade de soldagem superior, baixos custos operacionais e manutenção simples. Seu custo geral de investimento é de apenas cerca de um terço a das máquinas de solda a laser importadas. Até o momento, unidades 15 foram implementadas com sucesso em empresas siderúrgicas líderes, como Baosteel, Maanshan Iron & Steel, JISCO, TISCO e Tsingshan Steel. Essas máquinas de soldagem foram usadas para soldar materiais desafiadores, incluindo aço de alta resistência, aço silício de alto magnetismo, aço inoxidável de alto cromo e placas de titânio. Em particular, para aço silício de alto magnetismo e aço inoxidável martensítico, a participação de mercado doméstico das máquinas de soldagem a laser da MCC South atingiu 100%.

Esta conquista inovadora marca um passo significativo no avanço das capacidades de inovação independente da China, reduzindo a dependência de equipamentos importados e apoiando o desenvolvimento de materiais metalúrgicos especiais de alta qualidade no mercado global.