01 Ponència Introducció
Actualment, hi ha poca atenció a les raons per les quals l'espai entre fils en la soldadura híbrida d'arc làser-causa defectes de soldadura, especialment en la soldadura de plaques gruixudes, on la inestabilitat de la formació de plaques gruixudes és més gran i és més probable que es produeixin defectes de soldadura. Per entendre millor la influència de l'espaiat dels cables en la formació de defectes en la soldadura híbrida de plaques gruixudes, aquest estudi va utilitzar soldadura híbrida làser de filferro d'alta -velocitat i -potència- per soldar plaques d'acer marin AH36 de 12 mm de gruix. Es va utilitzar una càmera-d'alta velocitat per observar la transferència de gotes i el flux de la piscina fosa, i es van utilitzar simulacions numèriques per estudiar el comportament específic del flux de la piscina fosa. Això aclareix el mecanisme pel qual l'espaiat dels cables afecta la formació de defectes en la soldadura híbrida-per làser.
02 Descripció general del paper:
La soldadura làser-arc híbrid (LAHW), com a mètode d'unió àmpliament prospectiu, ha cridat una atenció important a les juntes de plaques gruixudes de la construcció naval. Com un dels paràmetres de soldadura més crítics en la soldadura híbrida d'arc làser-, l'espai entre el feix làser i l'arc pot afectar significativament l'efecte d'acoblament entre el làser i l'arc, especialment en condicions de soldadura làser d'alta-potència i-alta velocitat. Per tant, l'exploració de l'efecte de l'espai entre els feixos sobre la soldadura té una importància teòrica important per a la investigació futura i la producció industrial. Aquest article utilitza fotografia d'alta-velocitat del procés de soldadura per analitzar l'impacte de l'espai entre els feixos en la transferència de gotes i l'estabilitat del flux de la piscina fosa, i combina la simulació numèrica per examinar el mecanisme de formació dels defectes de soldadura. Els resultats mostren que un espai de feix adequat pot aconseguir soldadures ben-formades sense defectes de soldadura evidents. Quan l'espai del feix és massa proper, l'efecte d'acoblament excessiu entre el làser i l'arc condueix a una transferència inestable de gotes i un flux de piscina fosa, donant lloc a defectes de soldadura com ara esquitxades i retallades. Quan l'espai del feix és massa gran, l'efecte d'acoblament de les dues fonts de calor es debilita, el reforç de la soldadura disminueix i es poden produir defectes de porositat.
03 Anàlisi Gràfica:
A partir de les imatges de la morfologia de la superfície de la soldadura i de la -morfologia de la secció transversal sota diferents espais de raig làser (figura 1), es pot veure que la formació de la superfície de la soldadura varia significativament amb diferents espais dels raigs làser, mentre que la-morfologia de la secció transversal de les soldadures sota diferents espais és similar, tots apareixen en forma de copa-. Quan l'espai del feix làser és de 4 mm, no hi ha defectes de soldadura evidents i la formació de soldadura és òptima.
Com es pot veure a la figura 2, a mesura que l'espai entre les fibres òptiques augmenta gradualment de 0 mm a 8 mm, la freqüència de transicions de curt-circuits primer disminueix i després augmenta.
Com es pot veure a la figura 3, quan s'utilitza la soldadura MAG pura, sota el mode de transició del raig, la direcció de la transició del raig es troba al llarg de la línia retardada de la punta del filferro. Quan s'afegeix làser per a la soldadura híbrida, l'angle de deflexió de la transició del raig canvia significativament.
A partir del gràfic estadístic de la figura 5, es pot veure que la freqüència de les transicions de curt-circuits disminueix inicialment i després augmenta. La magnitud de l'angle de deflexió de la transició del raig disminueix gradualment a mesura que la distància entre les fibres òptiques augmenta de 0 mm a 4 mm. Quan l'espai entre les fibres augmenta encara més fins als 6-8 mm, l'efecte del làser sobre l'angle de deflexió de la transició del jet desapareix gradualment.
Com es pot veure a la figura 6, part dels defectes d'esquitxades sorgeixen de transicions inestables de curt-circuits. A T+5.9 ms, el pont de metall fos experimenta un fenomen de "ruptura de coll", formant moltes esquitxades fines.
Com es pot veure a la figura 7, a causa de la influència de les forces de vapor metàl·lic dins del forat de la clau i l'impacte causat per la transició de la gota, a la posició posterior del forat de la pany, el metall fos a la superfície de la piscina de soldadura flueix massa ràpidament i es desprèn de la piscina, formant defectes d'esquitxades.
A partir dels resultats de la simulació numèrica de la figura 8, es pot veure que sota els efectes combinats del làser i l'arc, la temperatura del metall fos prop del centre de la piscina fos és més alta i el cabal és més ràpid. Això fa que el metall fos s'acumuli cap al centre de la piscina. A mesura que la soldadura es refreda, el metall fos d'ambdós costats continua movent-se cap a la regió mitjana sota la influència de la força de Marangoni, donant lloc a la formació de defectes socavats a ambdós costats de la soldadura.
Com es pot veure a la figura 9, quan l'espai entre els filaments és massa gran, l'efecte de preescalfament de l'arc es debilita, l'efecte d'escalfament làser a la part inferior del forat es redueix i l'estabilitat del forat es deteriora. A causa de la insuficient transferència d'energia a la part inferior de la soldadura, la meitat inferior del forat de la clau es torna inestable i no pot romandre oberta contínuament, cosa que dificulta l'escapament de les bombolles de gas internes i, finalment, es produeixen defectes de porositat.
03 Resum i perspectives
Aquest article utilitza soldadura híbrida-làser-MAG d'alta potència sobre acer AH36 de 12 mm de gruix per estudiar la formació de soldadura, la transició de gotetes i el comportament del flux de la piscina fosa. A més, es discuteix l'efecte de l'espaiat dels cables làser en el procés de soldadura i el mecanisme de formació de defecte de soldadura. Les principals conclusions són les següents: (1) Quan la potència del làser és de 9,5 kW, la velocitat d'alimentació del filferro és de 10 m/min, la velocitat de soldadura és de 1,8 m/min i l'espaiat del fil làser és de 4 mm, s'aconsegueix la millor formació de soldadura, amb un reforç de soldadura de 0,28 mm i una amplada de soldadura de 5,02 mm, sense defectes de tall com ara 2,2 mm. L'espaiat dels cables làser afecta significativament la forma de transició de la gota (transició de raig +-curtcircuit). A mesura que augmenta l'espai dels cables làser, la freqüència de transició de curt-circuits disminueix primer i després augmenta. Quan l'espai entre cables làser és de 0, 2, 4, 6 i 8 mm, la freqüència de transició de curt-circuit és de 161 Hz, 124 Hz, 95 Hz, 116 Hz i 138 Hz, respectivament. L'angle de deflexió de la transició del raig disminueix amb l'augment de l'espai entre cables. Quan l'espai entre els cables és superior a 6 mm, l'angle de deflexió ja no es veu afectat per l'espai entre els cables, d'acord amb la soldadura MAG única. (3) Les esquitxades es formen principalment per sobre del forat del làser i a la part posterior de la piscina fosa. La transició de gotes de curt-circuit indueix el coll i la ruptura del pont metàl·lic líquid, formant múltiples gotes metàl·liques petites, que es veuen encara més influenciades pel vapor de metall expulsat del forat de la pany, donant lloc a esquitxades. A més, la piscina fosa es veu afectada pel plomall de vapor i la força d'impacte de la transició de les gotes, provocant un augment de la velocitat de flux del metall fos a la part posterior. Quan el metall fos flueix en diagonal cap amunt a una velocitat de 0,3 m/s, part del metall fos es separa de la piscina, formant esquitxades.(4) La formació de defectes de socavació està estretament relacionada amb el flux de la piscina fosa. El metall fos a la zona-bufada de gas i al voltant del forat de la pany flueix contínuament cap enrere, fent que la part posterior de la piscina s'aixequi. A mesura que l'àrea de soldadura es solidifica gradualment, sota la força de Marangoni, el metall fos als costats relativament més freds de la soldadura flueix cap al centre calent, deixant un metall fos insuficient a la punta de la soldadura i provocant defectes de socavació. (5) Quan l'espai del cable làser és massa gran, és probable que es produeixi porositat dins de la soldadura. L'efecte d'acoblament entre el làser i l'arc es debilita significativament, fent que el làser i les piscines foses de l'arc estiguin gairebé separades, reduint l'energia transmesa a la part inferior de la soldadura. Això disminueix l'estabilitat a la part inferior del forat de la clau, dificultant que les bombolles escapen de la piscina fosa, formant finalment defectes de porositat a mesura que la soldadura es refreda i es solidifica.
