01 Papír Bevezetés
Jelenleg kevés figyelmet szentelnek annak, hogy a lézer-ívhibrid hegesztésnél a huzaltávolság miért okoz hegesztési hibákat, különösen a vastaglemezes hegesztésnél, ahol nagyobb a vastag lemezképződés instabilitása és nagyobb a hegesztési hibák előfordulásának valószínűsége. A huzaltávolságnak a vastaglemezes hibrid hegesztésnél a hibaképződésre gyakorolt hatásának további megértése érdekében ez a tanulmány nagy-sebességű, nagy-teljesítményű huzal-lézerhibrid hegesztést használt 12 mm vastag AH36 tengeri acéllemezek hegesztésére. Nagysebességű kamerát használtak a cseppátvitel és az olvadt medence áramlásának megfigyelésére, és numerikus szimulációkat alkalmaztak az olvadt medence specifikus áramlási viselkedésének tanulmányozására. Ez tisztázza azt a mechanizmust, amellyel a huzaltávolság befolyásolja a huzal{10}}hibrid hegesztési hibák kialakulását.
02 Papír áttekintése:
A lézeres-hibrid ívhegesztés (LAHW), mint egy széles körben előrelátható illesztési módszer, jelentős figyelmet keltett a hajógyártás vastaglemez-csatlakozásaiban. A lézer-hibrid ívhegesztés egyik legkritikusabb hegesztési paramétereként a lézersugár és az ív közötti távolság jelentősen befolyásolhatja a lézer és az ív közötti csatolási hatást, különösen nagy-teljesítményű lézeres és nagy{4}}sebességű hegesztési körülmények között. Ezért a gerendatávolság hegesztésre gyakorolt hatásának feltárása fontos elméleti jelentőséggel bír a jövőbeli kutatás és ipari termelés szempontjából. Ez a cikk a hegesztési folyamat nagy sebességű-fényképezését használja a nyalábtávolságnak a cseppátvitelre és az olvadt medence áramlásának stabilitására gyakorolt hatásának elemzésére, valamint a numerikus szimulációt kombinálja a hegesztési hibák kialakulásának mechanizmusának vizsgálatára. Az eredmények azt mutatják, hogy megfelelő sugártávolsággal jól-formázott hegesztések érhetők el, nyilvánvaló hegesztési hibák nélkül. Ha a sugártávolság túl közel van, a lézer és az ív közötti túlzott csatolási hatás instabil cseppátvitelhez és olvadt medence áramlásához vezet, ami hegesztési hibákat, például fröccsenést és alámetszést eredményez. Ha a gerendatávolság túl nagy, akkor a két hőforrás csatoló hatása gyengül, a hegesztési varrat megerősítése csökken, és porozitási hibák léphetnek fel.
03 Grafikus elemzés:
A hegesztési felület morfológiájának és keresztmetszeti morfológiájának képei- különböző lézersugártávolság mellett (1. ábra) látható, hogy a hegesztési felület kialakulása a különböző lézersugár távolságok esetén jelentősen eltér, míg a hegesztési varratok keresztmetszeti morfológiája különböző távolságok esetén hasonló, minden kehely alakú{{3}. Ha a lézersugár távolsága 4 mm, akkor nincsenek nyilvánvaló hegesztési hibák, és a varratképzés optimális.
Ahogy a 2. ábrán látható, ahogy az optikai szálak közötti távolság fokozatosan 0 mm-ről 8 mm-re nő, a rövidzárlati átmenetek gyakorisága először csökken, majd növekszik.
Amint a 3. ábrán látható, tiszta MAG hegesztés esetén a sugárátmeneti módban a sugárátmenet iránya a huzalcsúcs késleltetett vonala mentén van. Ha hibrid hegesztéshez lézert adunk hozzá, a sugárátmenet eltérítési szöge jelentősen megváltozik.
Az 5. ábrán látható statisztikai táblázatból látható, hogy a rövidzár{1}}átmenetek gyakorisága kezdetben csökken, majd növekszik. A sugár átmenet eltérítési szögének nagysága fokozatosan csökken, ahogy az optikai szálak közötti távolság 0 mm-ről 4 mm-re nő. Amikor a száltávolság tovább növekszik 6-8 mm-re, a lézer hatása a sugár átmeneti eltérítési szögére fokozatosan megszűnik.
Amint a 6. ábrán látható, a fröcskölési hibák egy része instabil rövidzár{1}}átmenetekből adódik. T+5.9 ms-nál az olvadt fémhíd „nyakszakadáson” megy keresztül, sok finom fröcskölést képezve.
A 7. ábrán látható, hogy a kulcslyukon belüli fémgőz erők hatása és a cseppátmenet okozta becsapódás hatására a kulcslyuk hátsó helyzetében a hegesztőmedence felületén lévő olvadt fém túl gyorsan áramlik és leválik a medencéről, fröcskölési hibákat képezve.
A 8. ábrán látható numerikus szimulációs eredményekből látható, hogy a lézer és az ív együttes hatása mellett az olvadékmedence közepe közelében magasabb az olvadt fém hőmérséklete és nagyobb az áramlási sebesség. Emiatt az olvadt fém felhalmozódik a medence közepe felé. Ahogy a hegesztés lehűl, a kétoldali megolvadt fém a Marangoni-erő hatására továbbra is a középső tartomány felé mozog, ami a varrat mindkét oldalán alámetszett hibákat eredményez.
Amint a 9. ábrán látható, ha az izzószálak közötti távolság túl nagy, az ív előmelegítő hatása gyengül, a kulcslyuk alsó részén a lézerfűtő hatás csökken, és a lyuk stabilitása romlik. Mivel a hegesztési varrat aljára nem jut elegendő energia, a kulcslyuk alsó fele instabillá válik, és nem tud folyamatosan nyitva maradni, ami megnehezíti a belső gázbuborékok kijutását, ami végső soron porozitási hibákat okoz.
03 Összefoglalás és kitekintés
Ez a cikk nagy{0}}teljesítményű lézer-MAG hibrid hegesztést alkalmaz 12 mm vastag AH36 acélon a hegesztési varratok kialakulásának, a cseppek átmenetének és az olvadt medence áramlási viselkedésének tanulmányozására. A továbbiakban a lézerhuzaltávolságnak a hegesztési folyamatra gyakorolt hatását és a hegesztési hibák kialakulásának mechanizmusát tárgyaljuk. A fő következtetések a következők:(1) Ha a lézer teljesítménye 9,5 kW, huzalelőtolási sebesség 10 m/perc, hegesztési sebesség 1,8 m/perc, és a lézerhuzal távolsága 4 mm, akkor a legjobb hegesztési varratképzés érhető el, 0,28 mm-es hegesztési erősítéssel és 5,02 mm-es hegesztési szélességgel, például hiba nélkül. A lézerhuzalok távolsága jelentősen befolyásolja a cseppátmenet formáját (sugár + rövidzár{16}}átmenet). A lézervezetékek távolságának növekedésével a rövidzárlati átmenet gyakorisága először csökken, majd növekszik. Ha a lézervezetékek távolsága 0, 2, 4, 6 és 8 mm, a rövidzárlati átmenet frekvenciája 161 Hz, 124 Hz, 95 Hz, 116 Hz és 138 Hz. A sugárátmenet elhajlási szöge a vezetéktávolság növekedésével csökken. Ha a huzaltávolság nagyobb, mint 6 mm, az elhajlási szöget már nem befolyásolja a huzaltávolság, összhangban az egyszeri MAG-hegesztéssel.(3) A fröcskölés főként a lézerkulcslyuk felett és az olvadt medence hátsó oldalán képződik. A rövidzárlati cseppátmenet a folyékony fémhíd elnyelődését és elszakadását idézi elő, és több kis fémcsepp keletkezik, amelyeket tovább befolyásol a kulcslyukon kilépő fémgőz, ami fröccsenést eredményez. Ezen túlmenően az olvadt medencére hatással van a gőzcsóva és a cseppátmenet ütőereje, ami az olvadt fém áramlási sebességének növekedését okozza a hátsó oldalon. Amikor az olvadt fém 0,3 m/s sebességgel átlósan felfelé áramlik, az olvadt fém egy része kiválik a medencéből, fröcskölést képezve.(4) Az alámetszett hibák kialakulása szorosan összefügg az olvadt medence áramlásával. Az olvadt fém a gáz{44}}fúvás területén és a kulcslyuk körül folyamatosan visszafelé áramlik, ami a medence hátsó oldalának emelkedését okozza. Ahogy a hegesztési terület fokozatosan megszilárdul, a Marangoni-erő hatására a hegesztési varrat viszonylag hidegebb oldalain lévő olvadt fém a forró középpont felé áramlik, így nem marad elegendő olvadt fém a hegesztési lábfejnél, ami alámetszett hibákat eredményez.(5) Ha a lézerhuzal távolsága túl nagy, valószínűleg porozitás lép fel a hegesztési varrat belsejében. A lézer és az ív közötti csatolóhatás jelentősen gyengül, így a lézer- és ívolvadék-medence szinte szétválik, így csökken a hegesztési varrat aljára továbbított energia. Ez csökkenti a stabilitást a kulcslyuk alján, megnehezítve a buborékok kijutását az olvadt medencéből, ami végső soron porozitási hibákat hoz létre, ahogy a hegesztés lehűl és megszilárdul.
