01 Úvod do papiera
V súčasnosti sa málo pozornosti venuje príčinám, prečo vzdialenosť drôtov pri hybridnom zváraní laserovým-oblúkom spôsobuje chyby zvárania, najmä pri zváraní hrubých plechov, kde je nestabilita tvorby hrubých plechov väčšia a výskyt defektov zvárania je pravdepodobnejší. Na lepšie pochopenie vplyvu vzdialenosti drôtov na tvorbu defektov pri hybridnom zváraní hrubých plechov sa v tejto štúdii použilo vysokorýchlostné, vysokorýchlostné, vysokovýkonné{3}}drôtové{4}}varovanie pomocou laserového hybridného zvárania na zváranie 12 mm hrubých AH36 námorných oceľových plechov. Na pozorovanie prenosu kvapiek a prúdenia roztaveného kúpeľa sa použila vysokorýchlostná kamera a na štúdium špecifického správania prúdenia roztaveného kúpeľa sa použili numerické simulácie. Toto objasňuje mechanizmus, ktorým vzdialenosť medzi drôtmi ovplyvňuje tvorbu defektov pri hybridnom zváraní drôtom{10}}laserom.
02 Prehľad papiera:
Laserové-oblúkové hybridné zváranie (LAHW) ako široko perspektívna metóda spájania pritiahla značnú pozornosť v oblasti spojov hrubých plechov pri stavbe lodí. Ako jeden z najdôležitejších parametrov zvárania pri hybridnom zváraní laserom-oblúkom môže vzdialenosť medzi laserovým lúčom a oblúkom výrazne ovplyvniť väzbový efekt medzi laserom a oblúkom, najmä v podmienkach-vysokovýkonného lasera a vysokorýchlostného zvárania. Preto má skúmanie vplyvu vzdialenosti lúčov na zváranie dôležitý teoretický význam pre budúci výskum a priemyselnú výrobu. Tento článok používa vysokorýchlostnú fotografiu zváracieho procesu na analýzu vplyvu vzdialenosti lúčov na prenos kvapiek a stabilitu prúdenia roztaveného kúpeľa a kombinuje numerickú simuláciu na preskúmanie mechanizmu tvorby defektov zvárania. Výsledky ukazujú, že vhodným rozstupom lúčov možno dosiahnuť dobre-vytvarované zvary bez zjavných chýb zvárania. Keď je vzdialenosť lúčov príliš úzka, nadmerný väzbový efekt medzi laserom a oblúkom vedie k nestabilnému prenosu kvapiek a toku roztaveného kúpeľa, čo vedie k chybám zvárania, ako je rozstrek a podrezanie. Keď je rozstup lúčov príliš veľký, väzbový efekt dvoch zdrojov tepla sa oslabí, výstuž zvaru sa zníži a môžu sa vyskytnúť defekty pórovitosti.
03 Grafická analýza:
Zo snímok morfológie zvarového povrchu a morfológie prierezu pri rôznych rozstupoch laserových lúčov (obrázok 1) je možné vidieť, že formovanie zvarového povrchu sa výrazne líši s rôznymi rozstupmi laserových lúčov, zatiaľ čo morfológia prierezu zvarov pri rôznych rozstupoch je podobná a všetky vyzerajú ako pohár-. Keď je rozstup laserového lúča 4 mm, neexistujú žiadne zjavné chyby zvárania a tvorba zvaru je optimálna.
Ako je možné vidieť na obrázku 2, ako sa vzdialenosť medzi optickými vláknami postupne zväčšuje z 0 mm na 8 mm, frekvencia skratových-prechodov najprv klesá a potom sa zvyšuje.
Ako je možné vidieť na obrázku 3, keď sa používa čisté zváranie MAG, v režime prechodu prúdu je smer prechodu prúdu pozdĺž oneskorenej línie hrotu drôtu. Keď sa k hybridnému zváraniu pridá laser, výrazne sa zmení uhol vychýlenia prechodu prúdu.
Zo štatistického grafu na obrázku 5 je vidieť, že frekvencia skratových{1}}prechodov spočiatku klesá a potom stúpa. Veľkosť uhla vychýlenia prechodu prúdu postupne klesá, keď sa vzdialenosť medzi optickými vláknami zvyšuje z 0 mm na 4 mm. Keď sa vzdialenosť vlákien ďalej zväčšuje na 6-8 mm, vplyv lasera na uhol vychýlenia prechodu prúdu postupne mizne.
Ako je možné vidieť na obrázku 6, časť defektov rozstreku vzniká z nestabilných skratových-prechodov. Po T+5.9 ms prechádza roztavený kovový mostík javom „roztrhnutia hrdla“ a vytvára veľa jemných rozstrekov.
Ako je možné vidieť na obrázku 7, v dôsledku vplyvu síl kovových pár vo vnútri kľúčovej dierky a nárazu spôsobeného prechodom kvapiek v zadnej polohe kľúčovej dierky roztavený kov na povrchu zvarového kúpeľa príliš rýchlo tečie a oddeľuje sa od kúpeľa, pričom vytvára defekty rozstreku.
Z výsledkov numerickej simulácie na obrázku 8 je možné vidieť, že pri kombinovaných účinkoch lasera a oblúka je teplota roztaveného kovu v blízkosti stredu roztaveného kúpeľa vyššia a prietok je rýchlejší. To spôsobí, že sa roztavený kov hromadí smerom k stredu bazéna. Keď sa zvar ochladzuje, roztavený kov na oboch stranách pokračuje v pohybe smerom k strednej oblasti pod vplyvom Marangoniho sily, čo vedie k tvorbe defektov podrezania na oboch stranách zvaru.
Ako je možné vidieť na obrázku 9, keď je vzdialenosť medzi vláknami príliš veľká, účinok predhrievania oblúka je oslabený, účinok zahrievania laserom na spodnú časť kľúčovej dierky je znížený a stabilita otvoru sa zhoršuje. V dôsledku nedostatočného prenosu energie na spodok zvaru sa spodná polovica kľúčovej dierky stáva nestabilnou a nemôže zostať nepretržite otvorená, čo sťažuje únik vnútorných bublín plynu, čo v konečnom dôsledku vedie k poruchám pórovitosti.
03 Zhrnutie a výhľad
V tomto článku sa používa vysokovýkonné{0}}laserové{1}}hybridné zváranie MAG na 12 mm hrubej oceli AH36 na štúdium tvorby zvaru, prechodu kvapiek a správania sa v roztavenom kúpeli. Ďalej je diskutovaný vplyv vzdialenosti laserových drôtov na proces zvárania a mechanizmus tvorby defektov zvaru. Hlavné závery sú nasledovné: (1) Keď je výkon lasera 9,5 kW, rýchlosť podávania drôtu je 10 m/min, rýchlosť zvárania je 1,8 m/min a vzdialenosť laserového drôtu je 4 mm, najlepšia tvorba zvaru sa dosiahne pri zosilnení zvaru 0,28 mm a šírke zvaru 5,02 mm, bez defektov, ako sú výrazné podrezanie alebo podrezanie drôtu. kvapôčkovým prechodom (tryska + prechod na skrat{16}}). Keď sa rozstup laserových drôtov zväčšuje, frekvencia skratových{18}prechodov najprv klesá a potom sa zvyšuje. Keď je rozstup laserových drôtov 0, 2, 4, 6 a 8 mm, frekvencia skratového- prechodu je 161 Hz, 124 Hz, 95 Hz, 116 Hz a 138 Hz. Uhol vychýlenia prechodu prúdu sa zmenšuje so zvyšujúcou sa vzdialenosťou drôtov. Keď je rozstup drôtov väčší ako 6 mm, uhol vychýlenia už nie je ovplyvňovaný rozstupom drôtov, čo je v súlade s jednoduchým zváraním MAG.(3) Rozstrekovanie sa tvorí hlavne nad kľúčovou dierkou lasera a na zadnej strane tavného kúpeľa. Prechod kvapôčok v krátkom obvode spôsobuje zužovanie a prasknutie mostíka z tekutého kovu, čím sa vytvárajú viaceré malé kvapôčky kovu, ktoré sú ďalej ovplyvnené výparmi kovu vyvrhnutými z kľúčovej dierky, čo vedie k rozstreku. Okrem toho je roztavený kúpeľ ovplyvnený oblakom pary a nárazovou silou prechodu kvapiek, čo spôsobuje zvýšenie rýchlosti prúdenia roztaveného kovu na zadnej strane. Keď roztavený kov prúdi diagonálne nahor rýchlosťou 0,3 m/s, časť roztaveného kovu sa oddelí od kúpeľa a vytvorí sa rozstrek.(4) Vznik podrezaných defektov úzko súvisí s prúdením roztaveného kovu. Roztavený kov v oblasti fúkania plynu-a okolo kľúčovej dierky nepretržite prúdi dozadu, čo spôsobuje, že zadná strana bazéna stúpa. Keď oblasť zvaru postupne tuhne, pod vplyvom Marangoniho sily prúdi roztavený kov na relatívne chladnejších stranách zvaru smerom k horúcemu stredu, pričom na špičke zvaru zostáva nedostatočné množstvo roztaveného kovu a výsledkom sú chyby podrezania.(5) Keď je rozstup laserového drôtu príliš veľký, vo vnútri zvaru sa pravdepodobne objaví pórovitosť. Väzbový efekt medzi laserom a oblúkom je výrazne oslabený, čo spôsobuje, že roztavené bazény lasera a oblúka sú takmer oddelené, čím sa znižuje energia prenášaná na spodok zvaru. To znižuje stabilitu na dne kľúčovej dierky, čo sťažuje únik bublín z roztaveného kúpeľa, čo v konečnom dôsledku vytvára defekty pórovitosti, keď sa zvar ochladzuje a tuhne.
