Laserkaarkomposiitkeevituse dünaamilise protsessi stabiilsusuuring, mis põhineb sulandipiisa ülemineku käitumisel

Laserkaarega komposiitkeevitus
Professor Peilei Zhang Shanghai Inseneri- ja Tehnoloogiaülikooli (USET) materjaliteaduse ja tehnika koolist koos Warwicki ülikooli, Shanghai Jiao Tongi ülikooli ja Jiangsu teaduse ja tehnoloogia ülikooli (JUST) teadlastega on avaldanud artikli pealkirjaga "Laser-kaarehübriidkeevituse dünaamilise protsessi stabiilsuse uurimine" ajakirjas Coatings. Laserkaarega hübriidkeevitus, mis põhineb piiskülekande käitumisel: ülevaade".
01 Sissejuhatus
Laser-Arc Hybrid Welding kasutab samas piirkonnas nii lasersoojusallikat kui ka elektrikaare soojusallikat ning kahe soojusallika sünergiline toime samas sulamassis suurendab keevisõmbluse kiirust ja sulamissügavust, samuti kui lünkade ületamise võime ja protsessi stabiilsuse suurenemine. Selles artiklis kirjeldatakse laserkaarkomposiitkeevitustehnoloogia praegust uurimisseisundit tilkade ülemineku käitumise, tilkade ülemineku režiimi ja tilkade jõu analüüsi osas. Uurimistööde ja insenerirakenduste süstemaatilise sorteerimisega tuuakse süstemaatiliselt välja laserkaarkomposiitkeevituse tööpõhimõte, tehnilised eelised, insenerirakendused ja keevitusdünaamilise protsessi stabiilsuse uuringud. Lõpuks võetakse kokku laserkaare hübriidkeevitustehnoloogia tuleviku ees seisvad probleemid.
Laserkaarega hübriidkeevitus
02 Ülevaade
Selles artiklis vaadeldakse laserkaare komposiitkeevituspiiskade üleminekukäitumise põhikontseptsioone ja omadusi, sealhulgas tilkade ülemineku režiimi ja tilkade jõu analüüsi. Rõhk on asetatud laseri ja kaare vastastikusele füüsilisele koostoimele ning laser-kaare kombineeritud soojusallika mõjule keevisõmbluse stabiilsusele. Sulatilkade ülemineku käitumine annab teavet keevitusprotsessi stabiilsuse, kaare käitumise karakteristikute, sulamisefektiivsuse, protsessi karakteristikute (nt keevitussuits ja pritsmed) ning keevitusmetallurgiliste omaduste jms kohta, mida iseloomustab intuitiivsus ja nähtavus, ning sellest saab asendamatu info hankimise allikas ja viis keevitamise infotehnoloogias. Laser-kaarkomposiitkeevitusprotsessis sõltuvad metallipiisad sulabasseini üleminekurežiimi, tilkade suurus, ülemineku sagedus ja stabiilsus keevitusmaterjali omadustest, keevitusparameetritest, kaitsegaasist, laserenergiast, valgusjuhtmete vahekaugusest ja muudest teguritest ning lõppkokkuvõttes alluvad sellele erinevad jõud, nagu gravitatsioon, elektromagnetiline jõud, plasma voolujõud, pindpinevus, metalliauru jõud ja muu integreeritud roll, nagu on näidatud joonisel 1.

Joonis 1 komposiitkeevituse tilgajõu analüüsi skemaatiline diagramm
Laserkaarega hübriidkeevitus
03 Graafiline analüüs
Hõõgniidi vahekaugus on võtmetegur selle kindlaksmääramisel, kas laser ja kaare soojusallikas on optimaalselt ühendatud. Hõõgniidi vahekaugusel on oluline mõju sulamissügavusele, tilga üleminekurežiimile ja keevitusprotsessi stabiilsusele. Teadlased on avastanud, et kui hõõgniidi vahekaugus on väike, häirib kaar võtmeaugu stabiilsust ja laser mõjutab oluliselt tilkade ülemineku stabiilsust. Laserkiire kiiritus pritsinud tilkadele takistab laserkiire energiat, mille tulemuseks on madal keevisõmbluse sügavus, nagu on näidatud joonisel 2. Lisaks põhjustas hõõgniidi vahekauguse suurenemine sulametalli ebakorrapärase liikumise, mis viis võtmeaugu kokkuvarisemiseni, kuna samuti eelnevalt tahkunud metall, mis takistab keskmist sulametalli täitmast keevisõmbluse varba piirkonda, mille tulemuseks on närimisdefekt.
Laseri ja kaare soojusallikate suhtelised asendid keevitussuunas mõjutavad laserkaarkomposiitkeevitust ülioluliselt. Mõned teadlased ja õpetlased usuvad, et laseriga juhitav režiim on parem kui kaarjuhitav režiim. Nad usuvad, et laseriga juhitav režiim tagab stabiilsema keevitusprotsessi, parema keevisõmbluse, väiksema poorsuse ja pritsmete defektide ning parema läbitungivuse ja tugevamad keevisõmblused. Teised teadlased usuvad aga, et kaare abil juhitav režiim on parem kui laseriga juhitav režiim. Nad usuvad, et võrreldes UHP laseriga juhitava režiimiga loob UHP kaarjuhitav režiim stabiilsed kaare omadused ja sulamisbasseini voolu ning sulapiiskade raadiuse ja keevispinna vaheline nurk loob suurema liikumapaneva jõu, mis soodustab sulapiiskade eraldamine ja parandab keevitusprotsessi stabiilsust, vähendades keevisõmbluse pritsmeid ja stabiilsemat keevisõmbluse kuju.
Kaitsegaasi olulisust tuleks arvestada nii üksiklaserkeevituse kui ka elektrikaarega keevitamise puhul. Laserkeevitusel on kaitsegaas tõhus vahend plasma varjestusefektide kõrvaldamiseks, keevitusprotsessi stabiilsuse parandamiseks ja sügavsulatuskeevituse teostamiseks. Kaarkeevitusel on kaitsegaas võtmetegur kaare stabiilse põlemise saavutamiseks ning kaare soojussamba jaotuse ja sulatilga üleminekurežiimi määramiseks. Teadlased usuvad, et 30% He lisamine parandab laseri ja kaare kombineeritud efekti ning sulatilkade ülemineku režiim muutub ebastabiilsest joa üleminekust stabiilseks joa üleminekuks ning parandab pöörleva joa ülemineku ja kaareimpulsi tsükli sobivust vähemaga. kaare lainekuju kõikumine, parem keevisõmbluse vormimine ja vähem keevitusvigu. Lisaks usuvad teadlased, et He mahuprotsent, et parandada keevisõmbluse sulamissügavust ja takistada poorsusdefekte, peaks olema 50%. Efektiivne laseri võimsustihedus suureneb He mahuprotsendi suurenemisega, mis aitab kaasa keevisõmbluse sulamissügavuse suurenemisele. Keevisõmbluse poorsuse defektid vähendati tõhusalt, kuna Ar-He segu kasutamisel paranes väikeste aukude stabiilsus.
Kuna laseri lisamine kaarkeevitamisele põhjustab muutusi kaare morfoloogias ja sulavanni morfoloogias, mis põhjustab muutusi kaarejõus, elektromagnetväljas ja sulabasseini pindpinevuses, põhjustavad muutused nendes tegurites otseselt muutusi kaare ülemineku karakteristikutes. sulatilk. Ühendades laserkeevituse sügavsulatamise eelised ja kaarkeevituse sildamise, on paljud teadlased ja õpetlased pööranud tähelepanu sulapiiskade üleminekukäitumisele laser-kaarkomposiitkeevitamisel. Nad usuvad, et laseri lisamisel on nii tilkade üleminekut soodustav kui ka pärssiv mõju. Lühise ja languse ülemineku režiimides soodustab laser tilkumise üleminekut, laser aga takistab tilkumise üleminekut joa ülemineku režiimis. Piiskadele mõjuvate elektromagnetiliste ja plasmajõudude suurus ja suund on tilkade ülemineku käitumise mõjutamisel kriitilise tähtsusega. Elektromagnetiliste ja plasmajõudude suurus ja suund muutuvad sulatilga voolujaotuse muutumise tõttu, mille põhjustab laserindutseeritud madala ionisatsioonipotentsiaaliga plasma.

04 Kokkuvõte ja väljavaade
Laserkaarkomposiitkeevitus on uut tüüpi keevitustöötlemismeetod, mis ühendab endas kahte täiesti erineva energiaülekandemehhanismi ja füüsikaliste omadustega soojusallikat ning toimib samal ajal töötlemisasendis, erinevate soojusallikate vastastikuses toimes ja soojusallikat ja töödeldavat detaili, et tekitada keevitusprotsessi lõpuleviimiseks piisavalt soojust. Uut tüüpi tõhusa keevitussoojusallikana võib see anda täieliku mängu kahe soojusallika vastavatele eelistele, aga ka nende puudusi korvata. Laser- ja sulatuselektroodiga inertgaasi / aktiivgaasi kaarkeevitus (MIG / MAG) on kõige lootustandvam komposiitkeevitusrežiim, seetõttu on vaja kiiresti täiendavalt uurida komposiitsoojuse allika füüsikalist mehhanismi. Samal ajal on sulatilkade ülemineku käitumine komposiitkeevitusprotsessis samuti väga oluline. Piiskade ülemineku käitumine võib anda täpset teavet keevitusprotsessi kohta ja määrata tõhusalt keevitusprotsessi stabiilsuse.
Ehitusmasinate pideva arenguga suureneb ka plaadi paksus. Paksu plaadi keevitamise stabiilsuse tagamiseks on paksude plaatide faasimine hädavajalik. Paksu plaadi kaldserva keerukuse tõttu on teatud määral mõjutatud ka kaare stabiilsus keevitusprotsessis, mille tulemusena tekivad keevitusdefektid. Samal ajal on defektide teke tihedalt seotud sulatilga üleminekukäitumisega. Suure võimsusega laserkaarkomposiitkeevitusel on keevitusdefektide teke vältimatu. Arvsimulatsiooni tehnoloogia optimeerimine ja edenemine murrab läbi defektide analüüsi piirangud ning annab kindla teoreetilise aluse uuenduslike protsesside edasiseks arendamiseks. Laserkaarkomposiitkeevituse protsessiparameetrite suure arvu tõttu kitseneb protsessi parameetrite aken pidevalt, et saavutada parim keevisõmblus ning protsessi parameetrite varieerumine mõjutab oluliselt ka sulaaine üleminekuomadusi. piisk. Seetõttu on protsessi parameetrite pidev uurimine laserkaare komposiitkeevituse sulatilkade üleminekurežiimi jaoks väga oluline.