Trước những năm 1970, nghiên cứu tập trung vào hàn laser xung (PW) vì laser sóng liên tục công suất cao (CW) vẫn chưa được phát triển. Các thí nghiệm ban đầu chủ yếu sử dụng laser hồng ngọc dạng xung, có đặc điểm là công suất đầu ra cực đại điển hình ($P_m$) khoảng 5 kW cho xung 1 ms, năng lượng xung từ 1–5 J và tần số xung từ 1 Hz trở xuống. Mặc dù có thể đạt được năng lượng xung cao, nhưng công suất đầu ra trung bình ($P$) của những laser này khá thấp, một hạn chế phần lớn là do hiệu suất hoạt động thấp của laser và đặc tính phát xạ kích thích của môi trường phát laser. Khi các tia laser có công suất trung bình cao hơn xuất hiện, chúng nhanh chóng trở thành thiết bị được ưa chuộng cho các quy trình hàn điểm và hàn đường hàn đạt được thông qua sự chồng chéo của các điểm hàn riêng lẻ. Tuy nhiên, việc hàn đường hàn bằng laser thực sự chỉ trở nên khả thi khi có sự ra đời của laser sóng liên tục có công suất vượt quá 1 kW.
Hiện trạng và triển vọng của công nghệ tự động hóa hàn
Khi công nghệ kỹ thuật số phát triển, máy hàn kỹ thuật số và hệ thống điều khiển kỹ thuật số - những thành phần chính của công nghệ hàn tự động - đã dần gia nhập thị trường. Các dự án cơ sở hạ tầng lớn của quốc gia - như Dự án Tam Hiệp, Dự án Đường ống dẫn khí Tây-Đông, các sáng kiến hàng không vũ trụ và các chương trình đóng tàu - đã thúc đẩy hiệu quả sự tiến bộ của các công nghệ hàn tiên tiến, đặc biệt là tự động hóa hàn. Yêu cầu về mức độ tự động hóa hàn trong lĩnh vực sản xuất ô tô và phụ tùng ô tô đang phát triển nhanh chóng. Ngành hàn nước tôi đang dần hướng tới hiệu quả cao, tự động hóa và thông minh. Hiện tại, tỷ lệ tự động hóa hàn ở nước tôi là dưới 30%, tụt hậu đáng kể so với tỷ lệ 80% ở các quốc gia công nghiệp phát triển. Kể từ cuối thế kỷ 20, nhà nước đã thúc đẩy hàn khí bảo vệ - một phương pháp hàn tự động cơ bản - trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau để thay thế hàn hồ quang thủ công truyền thống, một động thái đã mang lại kết quả ban đầu. Công nghệ hàn tự động trong nước dự kiến sẽ phát triển với tốc độ chưa từng có trong tương lai.
Hiện trạng công nghệ hàn tự động, hiệu suất cao
Vào những năm 1990, ngành hàn ở nước tôi đã áp dụng cơ giới hóa và tự động hóa các quy trình hàn làm mục tiêu chiến lược, thực hiện mục tiêu này thông qua phát triển công nghệ trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Các nỗ lực đã tập trung vào việc thúc đẩy sản xuất hàn tự động, nghiên cứu và phát triển dây chuyền sản xuất hàn và công nghệ sản xuất linh hoạt, đồng thời áp dụng thiết kế và sản xuất có sự hỗ trợ của máy tính (CAD/CAM). Thị phần của dây lõi thuốc thông lượng đã tăng từ 2% lên 20% và mức tiêu thụ vật liệu hàn hồ quang chìm được dự đoán sẽ tiếp tục tăng từ mức 10% hiện tại. Trong số này, tốc độ tăng trưởng của dây hàn lõi thuốc đang tăng nhanh đáng kể; nó được dự đoán sẽ vượt qua dây hàn rắn trong vòng 20 năm tới và cuối cùng trở thành sản phẩm thống trị trong lĩnh vực hàn.
Triển vọng cho công nghệ tự động hóa hàn
Những tiến bộ trong điện tử, vi điện tử máy tính, công nghệ thông tin và tự động hóa đã thúc đẩy sự tiến bộ của tự động hóa hàn. Đặc biệt, sự ra đời của các công nghệ hỗ trợ - chẳng hạn như điều khiển số (NC), sản xuất linh hoạt và xử lý thông tin - đã thúc đẩy sự phát triển mang tính cách mạng trong tự động hóa hàn.
(1) Việc thông minh hóa các hệ thống điều khiển quá trình hàn là vấn đề cốt lõi trong tự động hóa hàn và là hướng nghiên cứu chính trong tương lai. Chúng ta phải nghiên cứu các phương pháp điều khiển tối ưu, bao gồm cả chiến lược điều khiển tuyến tính và phi tuyến khác nhau. Các ví dụ tiêu biểu bao gồm nghiên cứu về điều khiển mờ, điều khiển mạng lưới thần kinh và hệ thống chuyên gia cho quá trình hàn.
(2) Công nghệ hàn linh hoạt là một trọng tâm nghiên cứu chính khác của chúng tôi. Những nỗ lực trong tương lai sẽ tích hợp một cách hữu cơ các công nghệ quang học, cơ khí và điện với các quy trình hàn để đạt được độ chính xác và tính linh hoạt cao hơn. Nâng cấp thiết bị hàn truyền thống bằng vi điện tử là nền tảng để thúc đẩy tự động hóa hàn. Một hướng nghiên cứu hiện nay liên quan đến việc trang bị công nghệ NC cho nhiều máy hàn khác nhau để tăng cường tính linh hoạt. Ngoài ra, chúng tôi đang ưu tiên tích hợp robot hàn với các hệ thống chuyên gia để kích hoạt các chức năng như lập kế hoạch đường đi tự động, hiệu chỉnh quỹ đạo và kiểm soát độ xuyên của mối hàn.
(3) Việc tích hợp các hệ thống điều khiển hàn bao gồm cả sự tích hợp công nghệ con người và sự hội tụ của công nghệ hàn với công nghệ thông tin. Luồng thông tin và luồng nguyên liệu là những thành phần quan trọng của các hệ thống tích hợp này; sự kết hợp hữu cơ của chúng có thể làm giảm đáng kể khối lượng dữ liệu và nhu cầu kiểm soát thời gian thực. Điều quan trọng nữa là tận dụng khả năng của con người - đặc biệt là khả năng đáp ứng và phán đoán trong kiểm soát và ra quyết định đặc biệt - cũng như thiết lập các giao diện người-máy thân thiện với người dùng nhằm thúc đẩy sự hài hòa giữa người vận hành và hệ thống tự động.
(4) Cải thiện độ tin cậy, độ ổn định chất lượng, độ chính xác điều khiển và hiệu suất động của nguồn điện hàn là một ưu tiên nghiên cứu quan trọng khác. Chúng tôi mong muốn phát triển các máy hàn hiệu suất cao có khả năng điều chỉnh chuyển động hồ quang, cấp dây và định hướng mỏ hàn, đồng thời phát hiện hình dạng rãnh hàn, trường nhiệt độ, động lực của vũng hàn và trạng thái xuyên thấu để cung cấp các thông số hàn theo thời gian thực. Hơn nữa, chúng ta phải tích cực phát triển các công nghệ mô phỏng máy tính cho quá trình hàn. Việc chuyển đổi công nghệ hàn từ “thủ công” thành “khoa học” thể hiện một khía cạnh quan trọng của việc đạt được tự động hóa hàn. Thập kỷ đầu tiên của thế kỷ này sẽ là thời kỳ phát triển nhanh chóng của ngành hàn. Chúng tôi, những người làm nghề hàn, phải đối mặt với một nhiệm vụ đầy thách thức nhưng cũng rất quan trọng; chúng ta phải quyết tâm vượt qua trở ngại, nắm bắt cơ hội và phấn đấu nâng cao trình độ tự động hóa hàn ở nước ta.
