01 Introduzzjoni
Fil-manifattura ta 'komponenti kbar bħal ferroviji ta'-veloċità għolja, bini tal-vapuri, u tagħmir tal-enerġija, l-iwweldjar ta 'pjanċa ħoxna huwa wieħed mill-proċessi ewlenin. Madankollu, minħabba limitazzjonijiet fl-eżattezza tal-magni, żbalji ta 'assemblaġġ, u deformazzjoni termali matul il-proċess tal-iwweldjar, id-distakk tal-weldjatura spiss jinbidel. Meta d-distakk bejn il-pjanċi huwa żgħir, x'aktarx li jseħħu penetrazzjoni mhux kompluta jew ripples ta 'l-għeruq, filwaqt li lakuni kbar għandhom it-tendenza li jirriżultaw f'kollass ta' weldjatura. Ir-riċerka attwali hija bbażata l-aktar fuq kundizzjonijiet ta 'vojt kostanti, u studji dwar l-iwweldjar b'lakuni varjabbli huma relattivament nieqsa. B'mod partikolari, fl-iwweldjar ibridu bil-lejżer-ark, il-kisba kemm ta 'soppressjoni ta' tmewwiġ taħt lakuni żgħar kif ukoll kapaċità ta 'bridging tajba taħt lakuni kbar tibqa' sfida fl-applikazzjonijiet tal-inġinerija. Dan l-istudju jiffoka fuq azzar tat-temp ta '12-il mm-oħxon, bil-għan li jiċċara l-formazzjoni tal-weldjatura u l-mekkaniżmi ta' soppressjoni tad-difetti waqt l-iwweldjar ibridu laser-ark oscillanti taħt kundizzjonijiet ta 'vojt varjabbli, jipprovdi appoġġ teoretiku u proċess għall-iwweldjar ta' pjanċa ħoxna b'lakuni varjabbli, u jippromwovi aktar applikazzjoni industrijali u adozzjoni ta 'teknoloġija tal-iwweldjar ibrida laser-ark oscillanti.
02 Ħarsa ġenerali tat-test sħiħ
Dan l-istudju jindirizza l-isfidi tal-ħotba ta' l-għeruq u kapaċità ta' pont insuffiċjenti f'iwweldjar ibridu bl-ark tal-pjanċa tal-azzar ħoxna varjabbli-gap laser- u jinvestiga sistematikament il-mekkaniżmu li bih lejżers oscillanti jaffettwaw il-proċess tal-iwweldjar. Il-materjal tal-bażi sperimentali kien azzar tat-temp S355J2W ħxuna ta '12-il mm. Inbniet sistema ibrida tal-iwweldjar bl-użu ta' laser tal-fibra TruDisk-10002 (qawwa massima 10 kW, tul ta' mewġ 1070 nm) flimkien ma' tagħmir tal-iwweldjar bl-ark, b'distakk tal-assemblaġġ li jvarja kontinwament (0 - 3 mm) issettjat tul il-ħjata kollha tal-weldjatura biex tissimula l-kundizzjonijiet tal-produzzjoni attwali varjabbli{17}magħquda b'mod komuni. Matul l-istudju, il-qawwa tal-laser (6.5 kW), il-veloċità tal-iwweldjar (16 mm/s), u l-veloċità tal-għalf tal-wajer (10 m/min) inżammu kostanti, b'parametri tal-oxxillazzjoni tal-lejżer (amplitudni, frekwenza) bħala l-varjabbli kkontrollati tal-qalba fl-esperimenti. Fotografija b'veloċità għolja-intużat biex tirreġistra b'mod sinkroniku l-imġiba tal-pool imdewweb u l-morfoloġija tal-ark fuq in-naħa ta 'quddiem u ta' wara tal-weldjatura. Barra minn hekk, il-kaxxa tal-għodda PIVlab f'MATLAB ġiet impjegata biex twettaq analiżi ta' korrelazzjoni inkroċjata fuq l-immaġni ta 'veloċità għolja tal-pool imdewweb, estratt kwantitattivament il-qasam tal-veloċità tal-metall likwidu u l-qasam tal-vortiċità waqt il-formazzjoni tal-ħotba. Dan il-metodu jikkonverti d-dejta tal-viżwalizzazzjoni tal-fluss f'parametri fiżiċi kwantifikabbli (veloċità, vortiċità), li jipprovdi appoġġ ta 'dejta solida biex jiżvela l-mekkaniżmu tal-formazzjoni tal-ħotba. Rigward l-analiżi tal-morfoloġija tal-ark, ir-riċerkaturi evalwaw b'mod preċiż l-effett tal-laser li joxxilla fuq l-imġiba tal-ark billi kkalkulaw id-devjazzjoni standard tal-angolu tad-deflessjoni tal-ark. Fl-aħħar mill-aħħar, taħt parametri ta 'oxxillazzjoni ta' amplitudni ta '1.5 mm u frekwenza ta' 200 Hz, inkisbet formazzjoni tajba ta 'weldjatura mingħajr ħotba jew kollass fuq medda ta' vojt varjabbli ta '0-2.5 mm. Analiżi komprensiva indikat li l-għeluq tal-keyhole iwassal għall-formazzjoni tal-ħotba tal-għeruq, filwaqt li l-laser li joxxilla effettivament irażżan il-formazzjoni tal-ħoba billi jistabbilizza t-toqba tas-serratura, itejjeb il-fluwidità tal-pool imdewweb, u jżid it-tensjoni tal-wiċċ fid-denb tal-pool imdewweb.
Il-Figura 03 turi paragun dirett ta 'l-impatt deċiżiv ta' parametri ta 'oxxillazzjoni differenti fuq il-formazzjoni ta' weldjaturi varjabbli-gap. Mingħajr oxxillazzjoni tal-lejżer, ħotba ta 'għeruq iseħħ f'qasma żgħira (1 mm), u hekk kif id-distakk jiżdied, jidher kollass tal-wiċċ, li jindika adattabilità fqira tal-qasma. It-tibdil tal-parametri tal-oxxillazzjoni tal-lejżer itejjeb il-formazzjoni tal-ġenb ta' quddiem-, iżda n-naħa ta 'wara għad għandha ħotba jew il-weldjatura ssir idjaq. Il-parametri finali huma amplitudni ta '1.5 mm u frekwenza ta' 200 Hz. Fi ħdan il-firxa sħiħa tal--distakk varjabbli, weldjaturi eċċellenti mingħajr ħotba jew kollass jinkisbu fuq iż-żewġ naħat, li juru r-rwol ewlieni tal-ottimizzazzjoni tal-parametri tal-oxxillazzjoni.
Figura 1. Formazzjoni tal-weldjatura taħt parametri differenti tal-iwweldjar. Il-wisa 'tal-weldjatura tvarja minn 0 mm sa 3 mm tul id-direzzjoni tal-iwweldjar: (a) L-ebda oxxillazzjoni; (b) Oxxillazzjoni amplitudni 1 mm, frekwenza 100 Hz; (c) Oxxillazzjoni amplitudni 1.5 mm, frekwenza 100 Hz; (d) Oxxillazzjoni amplitudni 1.5 mm, frekwenza 200 Hz.
Il-Figura 2 turi li f'ċiklu wieħed, mingħajr oxxillazzjoni, l-ark jiddevja b'mod irregolari lejn ix-xellug u lejn il-lemin, filwaqt li b'laser li joxxilla, l-ark jibqa 'ċentrat b'mod stabbli, b'forma sħiħa u stabbli, li ma turi l-ebda deflessjoni laterali sinifikanti. Dan juri li taħt kundizzjonijiet mingħajr laser li joxxilla, id-distakk kbir innifsu huwa l-kawża fundamentali tal-instabilità tal-forma tal-ark. L-ark għandu tendenza li jfittex l-eqreb mogħdija konduttiva (jiġifieri, il-ħajt tal-ġenb tal-kanal), li jirriżulta fi tisħin irregolari. L-introduzzjoni ta 'laser li joxxilla, irrispettivament minn jekk il-parametri humiex ottimali, tista' trażżan ħafna d-deflessjoni laterali tal-ark u żżommha stabbli fiċ-ċentru tal-weldjatura.
Figura 2. Morfoloġija tal-weldjatura b'veloċitajiet differenti tal-iwweldjar: (a) 1.5 m/min (b) 1.8 m/min (c) 2.1 m/min.
Il-Figura 3 tikkwantifika l-grad ta 'deflessjoni tal-ark. Mingħajr oxxillazzjoni tal-lejżer, id-devjazzjoni standard tal-angolu tad-deflessjoni hija ta '23.6 grad, li tindika fluttwazzjoni severa tal-ark; wara li tuża laser joxxillanti, id-devjazzjoni standard tinżel għal 3.5 gradi, bl-istabbiltà titjieb b'85.2%. Dan jipprovdi evidenza tad-dejta li 'lejżer li joxxilla jista' jistabbilizza l-ark b'mod sinifikanti.'
Figura 3. Kejl tal-angoli tad-deflessjoni tal-ark sitt darbiet taħt spazju ta' 2.5 mm: (a) Dijagramma skematika tal-angoli tad-deflessjoni tal-ark; (b) Grad ta' deflessjoni ta' l-ark taħt parametri differenti. Id-differenza bejn 1 u 2 tirrappreżenta l-grad ta 'deflessjoni tal-ark.
Il-Figura 4 turi li matul il-proċess tal-iwweldjar, il-metall imdewweb jiċċirkola lejn it-toqba tas-sejba fil-forma ta 'mewġ, u tikkawża li t-toqba tas-sejħiet tvarja b'mod vjolenti u kollass. L-oxxillazzjoni tal-lejżer tista 'ttejjeb il-konvezzjoni termali fil-pool imdewweb, u tifforma vortiċi ħdejn it-toqba tas-serratura. Il-metall imdewweb jiċċirkola minn madwar it-toqba tas-sejba sa denb tiegħu, li jtaffi l-impatt tal-qtar u jżomm it-toqba tas-sejba miftuħa b'mod stabbli. Dan jindika li lejżers li joxxillaw jistgħu jistabbilizzaw il-proċess tal-iwweldjar billi jbiddlu l-kamp tal-fluss tal-pool imdewweb.
Figura 4. Fluss tal-pool tat-tidwib mill-ħin T0 sa T0 + 2.7 ms taħt kundizzjonijiet ta' spazju żero: (a) L-ebda oxxillazzjoni tal-lejżer; (b) Amplitudità 1 mm, frekwenza 100 Hz; (c) Amplitudità 1.5 mm, frekwenza 200 Hz. Vleġeġ sofor u ħodor jindikaw il-vortiċi ġġenerati mill-laser li joxxilla u d-direzzjoni tal-fluss tal-metall imdewweb, rispettivament; linji bojod u oranġjo jindikaw il-keyhole u l-qtar imdewweb, rispettivament.
Il-Figura 5 turi l-imġieba dinamika tal-metall imdewweb fil-pool ta 'weldjatura taħt parametri ta' oxxillazzjoni mhux-ottimizzati (amplitudni 1 mm, frekwenza 100 Hz) hekk kif il-ħotba tal-għeruq qed tifforma, tavvanza l-istudju tad-difetti tal-iwweldjar minn osservazzjoni morfoloġika makroskopika għal livell ġdid ta 'analiżi kwantitattiva tad-dinamika tal-fluwidu. Id-distribuzzjoni tal-vettur tal-veloċità turi d-direzzjoni u l-kobor tal-fluss tal-metall imdewweb fi ħdan il-pool tal-weldjatura, filwaqt li l-qasam tal-veloċità juri b'mod aktar intuwittiv id-distribuzzjoni spazjali tal-veloċità tal-fluss. Fl-istess ħin, jeżistu valuri ta 'vortiċità għolja fir-reġjun tal-formazzjoni tal-ħotba, li jindikaw fluss qawwi ta' rotazzjoni jew shear tal-likwidu hemmhekk. Dan il-mudell ta 'fluss rotazzjonali jippromwovi l-akkumulazzjoni u t-tkabbir instabbli ta' metall imdewweb, li huwa qasam ta 'fluss tipiku karatteristika tal-formazzjoni tal-ħotba.
Figura 5. Riżultati tal-veloċimetrija tal-immaġni tal-partikuli f'mumenti differenti matul il-formazzjoni tal-ħotba tal-għeruq: (a) distribuzzjoni tal-vettur tal-veloċità; (b) distribuzzjoni tal-kamp tal-veloċità; (c) distribuzzjoni tal-kamp ta' vortiċità. Linji daxx sofor u bojod jindikaw il-kontorn tal-ħotba.
04 Sommarju: Dan l-istudju jindirizza l-isfidi tal-industrija tal-ħotba tal-għeruq u l-kapaċità insuffiċjenti ta' bridging gap-fil-pjanċa ħoxna varjabbli-gap laser-arc hybrid welding. Permezz ta 'esperimenti sistematiċi kkombinati ma' tekniki dijanjostiċi avvanzati bħal immaġini b'veloċità għolja-u veloċimetrija ta 'immaġni ta' partiċelli, ġie żvelat il-mekkaniżmu ta 'soppressjoni tad-difetti tal-lejżer li joxxilla. Ir-riżultati jindikaw li taħt parametri ta 'oxxillazzjoni ottimizzati, il-lejżer, billi jkabbar u jistabbilizza l-keyhole, itejjeb b'mod sinifikanti l-kanal konduttiv ta' l-ark, inaqqas il-grad ta 'deflessjoni ta' l-ark b'85.2%, u b'hekk jistabbilizza l-imġieba ta 'l-ark. Fl-istess ħin, il-laser li joxxilla jibdel il-kamp tal-fluss tal-pool tat-tidwib, jifforma vortiċi stabbli u jżomm il-ftuħ tat-toqob tas-sejba, fl-aħħar mill-aħħar jikseb weldjaturi ta '-kwalità għolja ħielsa mill-ħotba u kollass f'firxa ta' vojt varjabbli ta '0-2.5 mm. Dan l-istudju mhux biss japprofondixxi l-fehim teoretiku tal-formazzjoni ta 'difetti tal-iwweldjar u mekkaniżmi ta' soppressjoni minn perspettiva ta 'dinamika tal-fluwidu iżda jipprovdi wkoll skema ta' proċess affidabbli u bażi teoretika biex issolvi l-isfidi tal-iwweldjar tal-vojt varjabbli-fil-manifattura ta 'komponenti kbar, li hija ta' valur sinifikanti għall-promozzjoni tal-applikazzjoni ta 'teknoloġija tal-proġett tal-iwweldjar ibridu bil-laser-arc f'inġinerija maġġuri.
