01 Uvod u rad
Trenutačno se malo pozornosti posvećuje razlozima zašto razmak između žica u hibridnom laserskom -lučnom zavarivanju uzrokuje greške pri zavarivanju, posebno kod zavarivanja debelih ploča, gdje je nestabilnost formiranja debelih ploča veća i vjerojatnije je da će doći do grešaka pri zavarivanju. Za daljnje razumijevanje utjecaja razmaka između žica na stvaranje grešaka kod hibridnog zavarivanja debelih ploča, ova studija koristila je hibridno lasersko zavarivanje velike-brzine,-snage-lasera za zavarivanje brodskih čeličnih ploča AH36 debljine 12 mm. Upotrijebljena je -kamera velike brzine za promatranje prijenosa kapljica i toka bazena rastaline, a numeričke simulacije korištene su za proučavanje specifičnog ponašanja protoka bazena rastaline. Ovo pojašnjava mehanizam na koji razmak između žica utječe na stvaranje defekta kod-laserskog hibridnog zavarivanja žicom.
02 Pregled rada:
Lasersko{0}}hibridno zavarivanje (LAHW), kao vrlo perspektivna metoda spajanja, privukla je značajnu pozornost u vezivanju debelih ploča u brodogradnji. Kao jedan od najkritičnijih parametara zavarivanja u laser-lučnom hibridnom zavarivanju, razmak između laserske zrake i luka može značajno utjecati na učinak spajanja između lasera i luka, posebno u uvjetima zavarivanja velikom-laserom velike snage i velikom{4}}brzinom. Stoga istraživanje utjecaja razmaka snopa na zavarivanje ima važan teorijski značaj za buduća istraživanja i industrijsku proizvodnju. Ovaj rad koristi-brzu fotografiju procesa zavarivanja za analizu utjecaja razmaka snopa na prijenos kapljica i stabilnost protoka bazena taline, te kombinira numeričku simulaciju za ispitivanje mehanizma nastanka grešaka pri zavarivanju. Rezultati pokazuju da odgovarajući razmak greda može postići dobro-oblikovane zavare bez očitih nedostataka zavarivanja. Kada je razmak snopa preblizu, pretjerani učinak spajanja između lasera i luka dovodi do nestabilnog prijenosa kapljica i protoka rastaljenog bazena, što rezultira nedostacima pri zavarivanju kao što su prskanje i podrezivanje. Kada je razmak snopa prevelik, učinak spajanja dvaju izvora topline je oslabljen, pojačanje zavara se smanjuje i mogu se pojaviti defekti poroznosti.
03 Grafička analiza:
Iz slika morfologije površine zavara i morfologije poprečnog-presjeka pod različitim razmacima laserske zrake (Slika 1), može se vidjeti da se formiranje površine zavara značajno razlikuje s različitim razmacima laserske zrake, dok je morfologija poprečnog-presjeka zavara pod različitim razmacima slična, svi izgledaju kao pehar-oblika. Kada je razmak laserske zrake 4 mm, nema očitih nedostataka zavarivanja, a formiranje zavara je optimalno.
Kao što se može vidjeti na slici 2, kako se razmak između optičkih vlakana postupno povećava od 0 mm do 8 mm, učestalost prijelaza kratkog -spoja prvo opada, a zatim raste.
Kao što se može vidjeti na slici 3, kada se koristi čisto MAG zavarivanje, u načinu prijelaza mlaza, smjer prijelaza mlaza je duž odgođene linije vrha žice. Kada se doda laser za hibridno zavarivanje, kut otklona prijelaza mlaza značajno se mijenja.
Iz statističkog grafikona na slici 5 može se vidjeti da učestalost prijelaza kratkog-spoja u početku opada, a zatim raste. Veličina kuta prijelaza mlaza postupno se smanjuje kako se udaljenost između optičkih vlakana povećava od 0 mm do 4 mm. Kada se razmak vlakana dodatno poveća na 6-8 mm, učinak lasera na kut otklona prijelaza mlaza postupno nestaje.
Kao što se može vidjeti na slici 6, dio defekata prskanja proizlazi iz nestabilnih prijelaza kratkog -spoja. Na T+5.9 ms rastaljeni metalni most prolazi kroz fenomen 'puknuća u vratu', stvarajući mnogo finih prskanja.
Kao što se može vidjeti na slici 7, zbog utjecaja sila metalne pare unutar ključanice i utjecaja uzrokovanog prijelazom kapljica, na stražnjem položaju ključanice, rastaljeni metal na površini bazena za zavarivanje teče prebrzo i odvaja se od bazena, stvarajući defekte prskanja.
Iz rezultata numeričke simulacije na slici 8, može se vidjeti da je pod kombiniranim učincima lasera i luka, temperatura rastaljenog metala u blizini središta bazena rastaline viša i brzina protoka brža. To uzrokuje nakupljanje rastaljenog metala prema središtu bazena. Kako se zavar hladi, rastaljeni metal s obje strane nastavlja se kretati prema središnjem području pod utjecajem Marangonijeve sile, što rezultira stvaranjem podrezanih defekata s obje strane zavara.
Kao što se može vidjeti na slici 9, kada je razmak između filamenata prevelik, učinak predgrijavanja luka je oslabljen, učinak laserskog zagrijavanja na donjem dijelu ključanice se smanjuje, a stabilnost rupe se pogoršava. Zbog nedovoljne količine energije koja se prenosi na dno zavara, donja polovica ključanice postaje nestabilna i ne može ostati stalno otvorena, što otežava izlazak unutarnjih mjehurića plina, što u konačnici dovodi do oštećenja poroznosti.
03 Sažetak i izgledi
U ovom se radu koristi-laser-MAG hibridno zavarivanje na čeliku AH36 debljine 12 mm za proučavanje formiranja zavara, prijelaza kapljica i ponašanja protoka rastaljene mase. Nadalje, raspravlja se o utjecaju razmaka laserske žice na proces zavarivanja i mehanizmu nastanka defekata u zavarivanju. Glavni zaključci su sljedeći: (1) Kada je snaga lasera 9,5 kW, brzina dodavanja žice 10 m/min, brzina zavarivanja 1,8 m/min, a razmak laserske žice 4 mm, postiže se najbolja formacija zavara, s ojačanjem zavara od 0,28 mm i širinom zavara od 5,02 mm, bez nedostataka kao što su podrezivanja, prskanja ili poroznost.(2) Razmak laserskih žica značajno utječe na oblik prijelaza kapljice (mlaz + kratki-kružni prijelaz). Kako se razmak laserskih žica povećava, učestalost prijelaza kratkog-spoja prvo se smanjuje, a zatim raste. Kada je razmak laserskih žica 0, 2, 4, 6 i 8 mm, frekvencija prijelaza kratkog-spoja je 161 Hz, 124 Hz, 95 Hz, 116 Hz odnosno 138 Hz. Kut otklona prijelaza mlaza smanjuje se s povećanjem razmaka žica. Kada je razmak žice veći od 6 mm, razmak žice više ne utječe na kut otklona, što je u skladu s pojedinačnim MAG zavarivanjem.(3) Prskanje se uglavnom stvara iznad laserske ključanice i na stražnjoj strani bazena rastaljene tvari. Kratko{37}}prijelaz kapljica u kratkom spoju izaziva grlo i pucanje mosta od tekućeg metala, stvarajući više malih metalnih kapljica, na koje dodatno utječe metalna para izbačena iz ključanice, što dovodi do prskanja. Dodatno, na rastaljeni bazen utječu oblak pare i udarna sila prijelaza kapljica, što uzrokuje povećanje brzine protoka rastaljenog metala na stražnjoj strani. Kada rastaljeni metal teče dijagonalno prema gore brzinom od 0,3 m/s, dio rastaljenog metala se odvaja od bazena, stvarajući prskanje. (4) Formiranje defekata podreza usko je povezano s protokom rastaljenog metala. Rastaljeni metal u plinsko-području i oko ključanice neprekidno teče unatrag, uzrokujući podizanje stražnje strane bazena. Kako se područje zavara postupno skrućuje, pod Marangonijevom silom, rastaljeni metal na relativno hladnijim stranama zavara teče prema vrućem središtu, ostavljajući nedovoljno rastaljenog metala na vrhu zavara i rezultirajući defektima podreza. (5) Kada je razmak laserske žice prevelik, vjerojatno će se pojaviti poroznost unutar zavara. Učinak spajanja između lasera i luka značajno je oslabljen, uzrokujući da su taline lasera i luka gotovo odvojene, smanjujući energiju koja se prenosi na dno zavara. To smanjuje stabilnost na dnu ključanice, što otežava mjehurićima da pobjegnu iz bazena rastaljene vode, što u konačnici stvara defekte poroznosti kako se zavar hladi i stvrdnjava.
