01 Úvod do papíru
V současné době se málo pozornosti věnuje důvodům, proč rozteč drátů při hybridním svařování laserovým-obloukem způsobuje vady svařování, zejména při svařování tlustých plechů, kde je nestabilita tvorby tlustých plechů větší a je pravděpodobnější výskyt defektů svařování. Aby bylo možné lépe porozumět vlivu rozteče drátu na tvorbu defektů při hybridním svařování tlustých plechů, použila tato studie vysokorychlostní, vysokorychlostní,{3}}vysokovýkonný drát-laserové hybridní svařování ke svařování 12 mm tlustých plechů námořní oceli AH36. K pozorování přenosu kapek a proudění roztavené lázně byla použita vysokorychlostní kamera a ke studiu specifického chování proudění roztavené lázně byly použity numerické simulace. To objasňuje mechanismus, kterým rozteč drátů ovlivňuje tvorbu defektů při drátovém{10} laserovém hybridním svařování.
02 Přehled papíru:
Laser-Arc Hybrid Welding (LAHW) jako široce perspektivní metoda spojování přitáhla značnou pozornost v oblasti spojů tlustých plechů při stavbě lodí. Jako jeden z nejkritičtějších svařovacích parametrů u laserového-obloukového hybridního svařování může vzdálenost mezi laserovým paprskem a obloukem významně ovlivnit vazebný efekt mezi laserem a obloukem, zejména v podmínkách vysokovýkonného laseru a vysokorychlostního svařování-. Proto má zkoumání vlivu vzdálenosti paprsků na svařování důležitý teoretický význam pro budoucí výzkum a průmyslovou výrobu. Tento článek používá vysokorychlostní fotografii svařovacího procesu k analýze vlivu rozteče paprsků na přenos kapek a stabilitu proudění roztavené lázně a kombinuje numerické simulace ke zkoumání mechanismu vzniku vad svařování. Výsledky ukazují, že vhodnou roztečí paprsků lze dosáhnout dobře-tvarovaných svarů bez zjevných vad svařování. Když je vzdálenost paprsku příliš malá, nadměrný vazebný efekt mezi laserem a obloukem vede k nestabilnímu přenosu kapek a toku roztavené lázně, což má za následek vady svařování, jako je rozstřik a podříznutí. Když je rozteč nosníků příliš velká, vazebný účinek dvou zdrojů tepla se oslabí, výztuž svaru se sníží a mohou se objevit defekty pórovitosti.
03 Grafická analýza:
Ze snímků morfologie povrchu svaru a morfologie průřezu při různých roztečích laserových paprsků (obrázek 1) je vidět, že formace povrchu svaru se s různými roztečími laserových paprsků výrazně liší, zatímco morfologie průřezu svarů v různých rozestupech je podobná, všechny vypadají ve tvaru pohárku-. Při rozteči laserového paprsku 4 mm nejsou žádné zjevné vady svařování a tvorba svaru je optimální.
Jak je patrné z obrázku 2, jak se vzdálenost mezi optickými vlákny postupně zvětšuje z 0 mm na 8 mm, frekvence zkratových- přechodů nejprve klesá a poté se zvyšuje.
Jak je patrné z obrázku 3, při použití čistého MAG svařování v režimu přechodu paprsku je směr přechodu paprsku podél zpožděné linie hrotu drátu. Při přidání laseru pro hybridní svařování se výrazně změní úhel vychýlení přechodu paprsku.
Ze statistického grafu na obrázku 5 je vidět, že frekvence zkratových-přechodů zpočátku klesá a poté se zvyšuje. Velikost úhlu vychýlení přechodu paprsku postupně klesá, jak se vzdálenost mezi optickými vlákny zvětšuje z 0 mm na 4 mm. Když se vzdálenost vláken dále zvětší na 6-8 mm, vliv laseru na úhel vychýlení přechodu paprsku postupně mizí.
Jak je vidět z obrázku 6, část defektů rozstřiku vzniká z nestabilních zkratových-přechodů. V T+5.9 ms projde roztavený kovový můstek fenoménem „roztržení hrdla“ a vytvoří mnoho jemných rozstřiků.
Jak je vidět z obrázku 7, v důsledku vlivu sil kovových par uvnitř klíčové dírky a nárazu způsobeného přechodem kapiček v zadní poloze klíčové dírky roztavený kov na povrchu svarové lázně příliš rychle teče a odděluje se od lázně a tvoří vady rozstřiku.
Z výsledků numerické simulace na obrázku 8 je vidět, že při kombinovaném působení laseru a oblouku je teplota roztaveného kovu v blízkosti středu roztavené lázně vyšší a průtok je rychlejší. To způsobí, že se roztavený kov hromadí směrem ke středu bazénu. Jak se svar ochlazuje, roztavený kov na obou stranách pokračuje v pohybu směrem ke střední oblasti pod vlivem Marangoniho síly, což má za následek vznik defektů podříznutí na obou stranách svaru.
Jak je patrné z obrázku 9, když je vzdálenost mezi vlákny příliš velká, předehřívací účinek oblouku se oslabuje, ohřívací účinek laseru na spodní část klíčové dírky se snižuje a stabilita otvoru se zhoršuje. Kvůli nedostatečné energii přenášené na spodek svaru se spodní polovina klíčové dírky stává nestabilní a nemůže zůstat nepřetržitě otevřená, což ztěžuje únik vnitřních plynových bublin, což nakonec vede k defektům pórovitosti.
03 Shrnutí a výhled
Tento článek používá vysokovýkonné{0}}laserové- hybridní svařování MAG na 12 mm silnou ocel AH36 ke studiu tvorby svaru, přechodu kapek a chování proudění v roztavené lázni. Dále je diskutován vliv rozteče laserového drátu na svařovací proces a mechanismus vzniku defektů svaru. Hlavní závěry jsou následující: (1) Při výkonu laseru 9,5 kW, rychlosti podávání drátu 10 m/min, rychlosti svařování 1,8 m/min a rozteči laserového drátu 4 mm je dosaženo nejlepšího vytvoření svaru, s vyztužením svaru 0,28 mm a šířkou svaru 5,02 mm, bez defektů, jako je výrazné podříznutí drátu, rozstřikování nebo výrazné podříznutí laseru. kapkového přechodu (tryska + přechod -krátkého okruhu). Jak se rozteč drátů laseru zvětšuje, frekvence zkratových-přechodů nejprve klesá a poté se zvyšuje. Když je rozteč drátů laseru 0, 2, 4, 6 a 8 mm, frekvence zkratového přechodu je 161 Hz, 124 Hz, 95 Hz, 116 Hz a 138 Hz. Úhel vychýlení přechodu paprsku se zmenšuje s rostoucí roztečí drátů. Když je rozteč drátu větší než 6 mm, úhel vychýlení již není ovlivňován roztečí drátu, což odpovídá jednoduchému svařování MAG.(3) Rozstřik se tvoří hlavně nad klíčovou dírkou laseru a na zadní straně tavné lázně. Krátký-přechod kapiček způsobuje zúžení a prasknutí můstku z tekutého kovu, čímž se vytvoří několik malých kovových kapiček, které jsou dále ovlivněny výpary kovu vystřikovanými z klíčové dírky, což vede k rozstřiku. Navíc je roztavená lázeň ovlivněna oblakem páry a nárazovou silou přechodu kapek, což způsobuje zvýšení rychlosti proudění roztaveného kovu na zadní straně. Když roztavený kov proudí diagonálně nahoru rychlostí 0,3 m/s, část roztaveného kovu se oddělí od lázně a vytvoří rozstřik.(4) Vznik podříznutých defektů úzce souvisí s prouděním roztavené lázně. Roztavený kov v oblasti foukání plynu-a kolem klíčové dírky nepřetržitě proudí dozadu, což způsobuje, že se zadní strana bazénu zvedá. Jak oblast svaru postupně tuhne, pod Marangoniho silou proudí roztavený kov na relativně chladnějších stranách svaru směrem k horkému středu, přičemž na špičce svaru zůstává nedostatečné množství roztaveného kovu, což má za následek defekty podříznutí.(5) Když je rozteč laserového drátu příliš velká, pravděpodobně se uvnitř svaru objeví pórovitost. Vazebný efekt mezi laserem a obloukem je výrazně oslaben, což způsobuje, že se roztavené lázně laseru a oblouku téměř oddělují, čímž se snižuje energie přenášená do spodní části svaru. To snižuje stabilitu na dně klíčové dírky, což ztěžuje únik bublin z roztavené lázně, což v konečném důsledku vytváří defekty poréznosti, když svar chladne a tuhne.
