以往來看,混合半成品可以幫助節省材料和生產成本,但如果組件中需要替代的這些部分是由高價材料制成的,這些材料在以后的使用中就需要滿足很高的要求,比如必須特別耐磨。
為了滿足這些要求,德國漢諾威SFB 1153“定制成形”合作研究中心正在開發一種新的工藝鏈,用于生產適應載荷的混合固體部件,其中半成品首先會連接在一起,然后整體成形。在這一過程中,德國漢諾威激光中心(LZH)進行了兩種基于激光的工藝研究。
工藝一:超聲波輔助激光束焊接
LZH的金屬連接和切割小組表示,他們能夠使用超聲波輔助激光束焊接工藝生產出無裂紋可成形的半成品。這是上述兩種新激光工藝中的第一種,具體子項目為A03“超聲輔助激光焊接生成可成形混合化合物”。
科學家們焊接了各種混合化合物(如鋼-鋼或鋼-鎳)制成的軸,并開發了相應的工藝。在這一開發過程中,他們探討的重點是如何避免裂紋,以及焊接過程中的哪些參數會影響質量特征,如焊深或焊縫加固。
在合作研究中心的第三個資助期,該小組希望通過調制激光功率來確保更高的工藝穩定性,并開發工藝控制,以在生產半成品時實現可重復、可靠的質量。此外,部件中的機械應力將通過超聲波后處理來降低。
工藝二:激光沉積焊接
ZH的機器和控制小組則在研究具有本地負載適應特性的新型組件,這關聯了第二種激光工藝——具體子項目為A04“使用堆焊技術生產漸變混合部件的成形部件材料性能的空間適應性”。
為此,科學家們使用激光熱絲沉積焊接,將一種成本高、強度高的材料作為涂層,專門用于組件在運行過程中承受高負載的區域。這種工藝典型的應用是齒輪的齒側,采用者可以得到高質量的硬涂層,并且涂層的性能受到材料選擇的具體影響。
下一步,該小組希望開發用于沉積焊接質量保證的過程監控。為此,需要使用特殊的傳感器技術測量焊接過程中產生的二次輻射,并使用機器學習方法進行分析,從而能夠對涂層性能進行預測。這些操作的目的是在工藝過程中對涂層進行無損質量控制。
德國漢諾威激光中心(LZH)的工作是SFB 1153“通過定制成型生產混合高性能部件的工藝鏈”合作研究中心的一部分。此外,來自漢諾威萊布尼茨大學機械工程學院9個研究所、漢諾威綜合生產研究所的研究人員也在與他們合作開發用于生產混合部件的新工藝鏈。