Lazerinio lankinio kompozitinio suvirinimo dinaminio proceso stabilumo tyrimas, pagrįstas lydalo lašelio perėjimo elgesiu

Lazerinis lankinis kompozitinis suvirinimas
Šanchajaus inžinerijos ir technologijų universiteto (USET) Medžiagų mokslo ir inžinerijos mokyklos profesorius Peilei Zhang kartu su Voriko universiteto, Šanchajaus Jiao Tong universiteto ir Jiangsu mokslo ir technologijos universiteto (JUST) mokslininkais paskelbė. žurnale Coatings paskelbtas straipsnis "Lazerinio lankinio hibridinio suvirinimo dinaminio proceso stabilumo tyrimas". Hibridinis suvirinimas lazeriu, pagrįstas lašelių perdavimo elgesiu: apžvalga“.
01 Įvadas
Hibridinis suvirinimas lazeriniu lanku naudoja ir lazerinį šilumos šaltinį, ir elektrinį lanko šilumos šaltinį tame pačiame regione, o dviejų šilumos šaltinių sinerginis poveikis tame pačiame išlydytame baseine padidina suvirinimo greitį ir lydymosi gylį. kaip spragų sujungimo galimybių ir proceso stabilumo padidėjimas. Šiame straipsnyje aprašoma dabartinė lazerinio lankinio kompozito suvirinimo technologijos tyrimų būklė, atsižvelgiant į lašelių perėjimo elgesį, lašelių perėjimo režimą ir lašelių jėgos analizę. Sistemingai rūšiuojant mokslinius darbus ir inžinerinius pritaikymus, sistemingai nubrėžiamas lazerinio lankinio kompozito suvirinimo veikimo principas, techniniai privalumai, inžinerinis pritaikymas, suvirinimo dinaminio proceso stabilumo tyrimai. Galiausiai apibendrinamos problemos, su kuriomis susiduria hibridinio suvirinimo lazerinio lanko technologija ateityje.
Hibridinis suvirinimas lazeriu
02 Apžvalga
Šiame darbe apžvelgiamos pagrindinės lazerinio lankinio suvirinimo lašelių perėjimo elgsenos sąvokos ir charakteristikos, įskaitant lašelių perėjimo režimą ir lašelių jėgos analizę. Pabrėžiama abipusė fizinė lazerio ir lanko sąveika bei kombinuoto lazerio ir lanko šilumos šaltinio poveikis suvirinimo stabilumui. Lydymosi kritimo perėjimo elgsena suteikia informacijos apie suvirinimo proceso stabilumą, lanko charakteristikas, lydymosi efektyvumą, proceso charakteristikas, tokias kaip suvirinimo dūmai ir purslai, suvirinimo metalurgines charakteristikas ir kt., kuriai būdingas intuityvumas ir matomumas, ir tampa nepakeičiamas informacijos gavimo šaltinis ir būdas suvirinimo informacinėse technologijose. Lazerinio lankinio kompozito suvirinimo procese metalo lašeliai į išlydyto baseino perėjimo režimą, lašelių dydis, perėjimo dažnis ir stabilumas priklauso nuo suvirinimo medžiagos savybių, suvirinimo parametrų, apsauginių dujų, lazerio energijos, šviesos laidų atstumo ir kitų veiksnių, galiausiai veikiamos įvairios jėgos, tokios kaip gravitacija, elektromagnetinė jėga, plazmos srauto jėga, paviršiaus įtempis, metalo garų jėga ir kiti integruoti vaidmenys, kaip parodyta 1 paveiksle.

1 pav. Kompozitinės suvirinimo lašelių jėgos analizės schema
Hibridinis suvirinimas lazeriu
03 Grafinė analizė
Atstumas tarp kaitinamųjų siūlų yra pagrindinis veiksnys nustatant, ar lazerio ir lanko šilumos šaltinis yra optimaliai sujungti. Atstumas tarp siūlų turi didelę įtaką lydymosi gyliui, lašelio perėjimo režimui ir suvirinimo proceso stabilumui. Tyrėjai išsiaiškino, kad kai atstumas tarp siūlų yra nedidelis, lankas trukdo rakto skylutės stabilumui, o lašo perėjimo stabilumui didelę įtaką daro lazeris. Lazerio spindulio apšvitinimas ant ištaškytų lašelių trukdo lazerio spindulio energijai, todėl suvirinimo gylis yra nedidelis, kaip parodyta 2 pav. Be to, padidėjus atstumas tarp gijų lėmė netaisyklingą išlydyto metalo judėjimą, dėl kurio įvyko rakto skylutės griūtis, nes taip pat anksčiau sukietėjęs metalas, neleidžiantis centre išlydytam metalui užpildyti suvirinimo piršto plotą, o tai galiausiai sukelia įtrūkimo defektą.
Santykinė lazerio ir lanko šilumos šaltinių padėtis suvirinimo kryptimi turi lemiamą įtaką lazerio lankiniam kompozitiniam suvirinimui. Kai kurie tyrinėtojai ir mokslininkai mano, kad lazeriu valdomas režimas yra pranašesnis už lanko valdymą. Jie mano, kad lazeriu valdomas režimas užtikrina stabilesnį suvirinimo procesą, geresnį suvirinimo susidarymą, mažiau poringumo ir purslų defektų, geresnį įsiskverbimą ir tvirtesnes suvirinimo siūles. Tačiau kiti tyrinėtojai mano, kad lanku valdomas režimas yra pranašesnis už lazeriu valdomą režimą. Jie mano, kad, palyginti su UHP lazeriu valdomu režimu, UHP lanku valdomas režimas sukuria stabilias lanko charakteristikas ir lydalo baseino srautą, o kampas tarp išlydytų lašelių spindulio ir suvirinimo paviršiaus sukuria didesnę varomąją jėgą, kuri skatina atskiria išsilydžiusius lašelius ir pagerina suvirinimo proceso stabilumą, sumažinant suvirinimo siūlių purslų kiekį ir stabilesnę suvirinimo formą.
Apsauginių dujų svarba turėtų būti įvertinta tiek vieno lazerinio suvirinimo, tiek elektros lankinio suvirinimo metu. Lazerinio suvirinimo metu apsauginės dujos yra efektyvi priemonė plazminio ekranavimo efektams pašalinti, suvirinimo proceso stabilumui gerinti ir giluminio lydinio suvirinimui įgyvendinti. Lankinio suvirinimo metu apsauginės dujos yra pagrindinis veiksnys, padedantis užtikrinti stabilų lanko degimą ir nustatyti lanko šilumos kolonėlės pasiskirstymą bei išlydyto lašelio pereinamąjį režimą. Tyrėjai mano, kad pridėjus 30% He pagerina jungtinį lazerio ir lanko efektą, o lydalo lašų perėjimo režimas keičiasi iš nestabilaus srauto perėjimo į stabilų srauto perėjimą ir pagerina besisukančios srovės perėjimo ir lanko impulso ciklo atitikimo laipsnį. lanko bangos formos svyravimai, geresnė suvirinimo siūlės forma ir mažiau suvirinimo defektų. Be to, mokslininkai mano, kad He tūrio procentas, siekiant pagerinti suvirinimo gylį ir užkirsti kelią poringumo defektams, turėtų būti 50%. Efektyvus lazerio galios tankis didėja didėjant He tūrio procentui, o tai prisideda prie suvirinimo gylio padidėjimo. Suvirinimo akytumo defektai buvo efektyviai nuslopinti, nes naudojant Ar-He mišinį pagerėjo mažų skylučių stabilumas.
Kadangi lazerio pridėjimas prie lankinio suvirinimo sukelia lanko morfologijos ir išlydyto baseino morfologijos pokyčius, dėl kurių keičiasi lanko jėga, elektromagnetinis laukas ir išlydyto baseino paviršiaus įtampa, šių veiksnių pokyčiai tiesiogiai lems perėjimo charakteristikas. išlydytas lašelis. Derindami gilaus suvirinimo lazeriu lydymosi ir lankinio suvirinimo tilto privalumus, daugelis tyrėjų ir mokslininkų atkreipė dėmesį į išlydytų lašelių perėjimą suvirinant lazeriniu lankiniu kompozitu. Jie mano, kad lazerio pridėjimas turi ir skatinantį, ir slopinantį poveikį lašelių perėjimui. Trumpojo jungimo ir kritimo perėjimo režimuose lazeris skatina kritimo perėjimą, o lazeris trukdo lašo perėjimui reaktyvinio perėjimo režimu. Elektromagnetinių ir plazminių jėgų, veikiančių lašelius, dydis ir kryptis yra labai svarbūs įtakojantys lašelių perėjimo elgesį. Elektromagnetinių ir plazmos jėgų dydis ir kryptis keičiasi dėl srovės pasiskirstymo išlydytame lašelyje pasikeitimo, kurį sukelia lazeriu indukuota mažo jonizacijos potencialo plazma.

04 Išvada ir perspektyva
Kompozitinis suvirinimas lazeriu – tai naujo tipo suvirinimo apdorojimo būdas, apjungiantis du šilumos šaltinius su visiškai skirtingais energijos perdavimo mechanizmais ir fizinėmis savybėmis ir tuo pačiu veikiantis apdorojimo padėtyje, skirtingų šilumos šaltinių sąveikoje ir šilumos šaltinį ir ruošinį, kad susidarytų pakankamai šilumos suvirinimo procesui užbaigti. Kaip naujo tipo efektyvus suvirinimo šilumos šaltinis, jis gali visiškai išnaudoti atitinkamus dviejų šilumos šaltinių privalumus, bet ir kompensuoti jų trūkumus. Lazerinis ir lydantis elektrodas inertinių dujų / aktyviųjų dujų lankinis suvirinimas (MIG / MAG) yra perspektyviausias kompozitinio suvirinimo režimas, todėl skubiai reikia toliau tirti fizinį sudėtinio šilumos šaltinio mechanizmą. Tuo tarpu lydalo kritimo perėjimo elgsena taip pat labai svarbi kompozitinio suvirinimo procese. Lašelių perėjimo elgsena gali suteikti tikslią informaciją apie suvirinimo procesą ir veiksmingai nustatyti suvirinimo proceso stabilumą.
Nuolat tobulėjant statybinėms mašinoms, plokštės storis taip pat didėja. Siekiant užtikrinti storų plokščių suvirinimo stabilumą, storas plokštes būtina nuožulniuoti. Dėl storo plokštės kampo sudėtingumo tam tikru mastu taip pat turi įtakos lanko stabilumas suvirinimo procese, todėl susidaro suvirinimo defektai. Tuo pačiu metu defektų atsiradimas yra glaudžiai susijęs su lydalo lašelio pereinamuoju elgesiu. Didelės galios lazerinio lankinio kompozito suvirinimo metu neišvengiama suvirinimo defektų atsiradimo. Skaitmeninio modeliavimo technologijos optimizavimas ir pažanga pralaužia defektų analizės apribojimus ir suteikia tvirtą teorinį pagrindą tolesniam novatoriškų procesų vystymui. Dėl didelio lankinio suvirinimo lazerinio kompozito proceso parametrų skaičiaus proceso parametrų langas nuolat siaurinamas siekiant geriausio suvirinimo formavimo, o proceso parametrų kitimas taip pat turi didelę įtaką išlydyto junginio pereinamojo laikotarpio charakteristikoms. lašelis. Todėl nuolatinis proceso parametrų tyrimas yra labai svarbus lazerio lankinio kompozitinio suvirinimo lydalo kritimo perėjimo režimui.