Studija stabilnosti dinamičkog procesa lasersko-lučnog kompozitnog zavarivanja na temelju prijelaznog ponašanja kapljice taline

Lasersko-lučno kompozitno zavarivanje
Profesor Peilei Zhang sa Fakulteta za znanost o materijalima i inženjerstvo na Sveučilištu u Šangaju za inženjerstvo i tehnologiju (USET), zajedno sa znanstvenicima sa Sveučilišta Warwick, Sveučilišta Jiao Tong u Šangaju i Sveučilišta znanosti i tehnologije Jiangsu (JUST), objavili su rad pod naslovom "Research Status of Stability in Dynamic Process of Laser-Arc Hybrid Welding" u časopisu Coatings. Lasersko-lučno hibridno zavarivanje temeljeno na ponašanju prijenosa kapljica: pregled".
01 Uvod
Lasersko-lučno hibridno zavarivanje koristi i laserski izvor topline i izvor topline električnog luka u istom području, a sinergijski učinak dvaju izvora topline u istoj rastaljenoj posudi također rezultira povećanjem brzine zavarivanja i dubine fuzije. kao povećanje sposobnosti premošćivanja jaza i stabilnost procesa. Ovaj članak opisuje trenutni status istraživanja tehnologije lasersko-lučnog kompozitnog zavarivanja u smislu ponašanja prijelaza kapljica, načina prijelaza kapljica i analize sile kapljice. Sustavnim razvrstavanjem istraživačkih radova i inženjerskih primjena, sustavno se ocrtavaju princip rada, tehničke prednosti, inženjerske primjene i studije stabilnosti dinamičkog procesa zavarivanja lasersko-lučnog kompozitnog zavarivanja. Na kraju, sažeti su problemi s kojima se suočava budućnost lasersko-lučne hibridne tehnologije zavarivanja.
Lasersko-lučno hibridno zavarivanje
02 Pregled
Ovaj rad daje pregled osnovnih koncepata i karakteristika prijelaznog ponašanja kapljica za lasersko-lučno kompozitno zavarivanje, uključujući način prijelaza kapljica i analizu sile kapljice. Naglasak je stavljen na međusobnu fizikalnu interakciju lasera i luka te učinak kombiniranog izvora topline laser-luk na stabilnost zavara. Prijelazno ponašanje pada taline pruža informacije o stabilnosti procesa zavarivanja, karakteristikama ponašanja luka, učinkovitosti taljenja, karakteristikama procesa kao što su dim i prskanje od zavarivanja i metalurške karakteristike zavarivanja itd., koje karakteriziraju intuitivnost i preglednost, te postaje nezamjenjiv izvor i način prikupljanja informacija u informacijskoj tehnologiji zavarivanja. U procesu kompozitnog zavarivanja pomoću lasera i luka, način prijelaza kapljica metala u bazen rastaline, veličina kapljice, frekvencija prijelaza i stabilnost ovise o svojstvima materijala za zavarivanje, parametrima zavarivanja, zaštitnom plinu, energiji lasera, razmaku svjetlosne žice i drugim čimbenicima, i u konačnici podložni raznim silama kao što su gravitacija, elektromagnetska sila, sila protoka plazme, površinska napetost, sila metalne pare i druge integrirane uloge, kao što je prikazano na slici 1.

Slika 1. Shematski dijagram analize sile kapljica kompozitnog zavarivanja
Lasersko-lučno hibridno zavarivanje
03 Grafička analiza
Razmak niti je ključni faktor u određivanju jesu li laser i izvor topline luka optimalno spojeni. Razmak niti ima značajan utjecaj na dubinu taljenja, prijelazni način kapljice i stabilnost procesa zavarivanja. Istraživači su otkrili da kada je razmak niti malen, luk ometa stabilnost ključanice, a na stabilnost prijelaza kapljica uvelike utječe laser. Zračenje laserske zrake na rasprskane kapljice ometa energiju laserske zrake, što rezultira malom dubinom zavara kao što je prikazano na slici 2. Osim toga, povećanje razmaka niti rezultiralo je nepravilnim kretanjem rastaljenog metala što je dovelo do kolapsa ključanice, jer kao i prethodno skrutnuti metal sprječavajući središnji rastaljeni metal da ispuni područje vrha zavara, što u konačnici rezultira defektom grickanja.
Relativni položaji izvora topline lasera i luka u smjeru zavarivanja imaju presudan učinak na lasersko-lučno kompozitno zavarivanje. Neki istraživači i znanstvenici vjeruju da je laserski vođen način rada bolji od luka vođenog načina rada. Oni vjeruju da laserski vođeni način rada rezultira stabilnijim procesom zavarivanja, boljim formiranjem zavara, manje poroznosti i defekata prskanja, te boljim prodiranjem i jačim zavarivanjem. Međutim, drugi istraživači vjeruju da je način vođen lukom bolji od laserski vođenog načina. Oni vjeruju da u usporedbi s UHP laserski vođenim načinom rada, UHP način rada vođenim lukom stvara stabilne karakteristike luka i protok taline, a kut između polumjera rastaljenih kapljica i površine zavara stvara veću pokretačku silu, koja potiče odvajanje rastaljenih kapljica i poboljšava stabilnost procesa zavarivanja, s manje prskanja zavara i stabilnijim oblikovanjem zavara.
Važnost zaštitnog plina treba uzeti u obzir i za jednostruko lasersko zavarivanje i za elektrolučno zavarivanje. U laserskom zavarivanju, zaštitni plin je učinkovito sredstvo za uklanjanje učinaka zaštite od plazme, poboljšanje stabilnosti procesa zavarivanja i ostvarivanje zavarivanja dubokom taljenjem. U elektrolučnom zavarivanju, zaštitni plin je ključni čimbenik za postizanje stabilnog izgaranja luka i određivanje distribucije stupca topline luka i prijelaznog načina rastaljene kapljice. Istraživači vjeruju da dodavanje 30% He poboljšava kombinirani učinak lasera i luka, a način prijelaza kapljice taline mijenja se iz nestabilnog prijelaza mlaza u stabilni prijelaz mlaza, te poboljšava stupanj podudaranja prijelaza rotirajućeg mlaza i ciklusa pulsa luka, s manje fluktuacija valnog oblika luka, bolje oblikovanje zavarenog šava i manje grešaka pri zavarivanju. Osim toga, istraživači vjeruju da bi postotak volumena He za poboljšanje dubine taljenja zavara i sprječavanje nedostataka poroznosti trebao biti 50%. Efektivna gustoća snage lasera raste s povećanjem volumnog postotka He, što doprinosi povećanju dubine taljenja zavara. Defekti poroznosti zavara učinkovito su potisnuti jer je stabilnost malih rupa poboljšana korištenjem mješavine Ar-He.
Budući da dodavanje lasera elektrolučnom zavarivanju uzrokuje promjene u morfologiji luka i morfologiji rastaljenog bazena, što dovodi do promjena u sili luka, elektromagnetskom polju i površinskoj napetosti rastaljenog bazena, promjene u tim čimbenicima izravno će dovesti do promjena u prijelaznim karakteristikama rastopljenu kapljicu. Kombinirajući prednosti dubokog taljenja laserskog zavarivanja i performanse premošćivanja elektrolučnog zavarivanja, mnogi su istraživači i znanstvenici obratili pozornost na ponašanje prijelaza rastaljenih kapljica u kompozitnom zavarivanju pomoću laserskog luka. Oni vjeruju da dodavanje lasera ima i pospješujući i inhibirajući učinak na prijelaz kapljica. U kratkospojnom i padajućem prijelaznom načinu, laser potiče padajući prijelaz, dok laser sprječava padajući prijelaz u mlaznom prijelaznom načinu. Veličina i smjer elektromagnetskih i plazma sila koje djeluju na kapljice ključni su za utjecaj na ponašanje prijelaza kapljica. Veličina i smjer elektromagnetskih i plazma sila se transformiraju zbog promjene raspodjele struje u rastaljenoj kapljici, koju uzrokuje laserski inducirana plazma s niskim potencijalom ionizacije.

04 Zaključak i perspektiva
Lasersko-lučno kompozitno zavarivanje je nova vrsta metode obrade zavarivanja, koja kombinira dva izvora topline s potpuno različitim mehanizmima prijenosa energije i fizičkim svojstvima, a istovremeno djeluje u položaju obrade, interakciji između različitih izvora topline i interakciji između izvor topline i radni predmet kako bi proizveli dovoljno topline za dovršetak procesa zavarivanja. Kao nova vrsta učinkovitog izvora topline za zavarivanje, može u potpunosti iskoristiti prednosti dvaju izvora topline, ali i nadoknaditi njihove nedostatke. Lučno zavarivanje inertnim plinom/aktivnim plinom (MIG/MAG) laserom i elektrodom za taljenje je kompozitni način zavarivanja koji najviše obećava, postoji hitna potreba za daljnjim proučavanjem fizičkog mehanizma kompozitnog izvora topline. U međuvremenu, prijelazno ponašanje pada taline također je vrlo važno u procesu kompozitnog zavarivanja. Ponašanje prijelaza kapljica može pružiti točne informacije za proces zavarivanja i učinkovito odrediti stabilnost procesa zavarivanja.
Kontinuiranim razvojem građevinskih strojeva povećava se i debljina ploča. Kako bi se postigla stabilnost zavarivanja debelih ploča, skošenje debelih ploča je bitno. Zbog složenosti kosine debele ploče, stabilnost luka u procesu zavarivanja također je u određenoj mjeri pogođena, što rezultira stvaranjem grešaka pri zavarivanju. U isto vrijeme, stvaranje nedostataka je usko povezano s prijelaznim ponašanjem kapljice taline. Kod kompozitnog zavarivanja pomoću laserskog luka velike snage, stvaranje grešaka pri zavarivanju je neizbježno. Optimizacija i napredak tehnologije numeričke simulacije probija ograničenja analize nedostataka i pruža čvrstu teorijsku osnovu za daljnji razvoj inovativnih procesa. Zbog velikog broja procesnih parametara kod lasersko-lučnog kompozitnog zavarivanja, prozor parametara procesa se stalno sužava kako bi se dobila najbolja formacija zavara, a varijacija procesnih parametara također ima veliki utjecaj na prijelazne karakteristike rastaljene tvari. kapljica. Stoga je kontinuirano istraživanje procesnih parametara od velike važnosti za lasersko-lučno kompozitno zavarivanje s kapljičnim prijelazom.