01Введение в статью
Алюминиевые сплавы из-за их высокой отражательной способности и высокой теплопроводности имеют тенденцию образовывать брызги при традиционной лазерной сварке из-за чрезмерной плотности энергии и нестабильности замочных скважин, что влияет на качество сварки и производительность компонентов. В этом исследовании механизм исследуется посредством экспериментов (установка различных общих мощностей лазера, соотношения мощностей стержня/кольца и скоростей сварки, наблюдение за шлейфами пара и динамикой брызг с помощью высокоскоростной камеры, а также анализ морфологии сварного шва с помощью полевого микроскопа сверх-глубины--) и трехмерного мультифизического моделирования переходных процессов в сочетании с численным моделированием. Оно показывает, что кольцевой лазер предварительно нагревает переднюю кромку расплавленной ванны, уменьшая флуктуации лазерного поглощения и стабилизируя выброс парового шлейфа для подавления разбрызгивания. Кроме того, была создана количественная модель, связывающая температуру предварительного нагрева с общей мощностью, коэффициентом мощности кольца и скоростью сварки, предполагающая, что температура предварительного нагрева должна находиться в диапазоне между точками плавления и кипения основного материала. В результате исследования выведены критерии выбора параметров процесса без брызг,-и эксперименты подтверждают, что разбрызгивание значительно снижается в этом диапазоне параметров, что обеспечивает теоретическое руководство и стратегии промышленного применения для высококачественной-лазерной сварки сплавов с высокой отражающей способностью.
02Сводка
Эта статья основана на методе, сочетающем эксперименты и трехмерное мультифизическое моделирование переходных процессов. Эксперимент был нацелен на пластины из алюминиевого сплава 6061, устанавливая шесть соотношений мощностей сердечник/кольцо (от 10:0 до 0:10), три скорости сварки (40 мм/с, 60 мм/с, 80 мм/с) и фиксированную общую мощность лазера (6000 Вт). Для наблюдения за паровыми шлейфами и брызгами использовались высокоскоростные-камеры, для анализа морфологии сварных швов сверх-глубинные--полевые микроскопы, а также был разработан сравнительный эксперимент с фиксированным центральным увеличением. При численном моделировании использовалась CFD-модель для моделирования теплового потока ванны расплава, лазерного поглощения и других физических процессов. Эксперименты показали, что чем выше доля мощности кольцевого лазера, тем более однородна поверхность сварного шва (разница между пиком-и-впадиной уменьшается с 1,40 мм до 0,41 мм), а частота разбрызгивания снижается на 65 %. Также выяснилось, что кольцевой лазер предварительно нагревает фронт ванны расплава, сужает диапазон флуктуаций лазерного поглощения и стабилизирует факел пара, что подавляет разбрызгивание. Наконец, была создана количественная модель температуры предварительного нагрева и параметров процесса, предполагающая, что температура предварительного нагрева должна находиться между температурой плавления основного материала и температурой кипения. Были получены и проверены параметры процесса без брызг, обеспечивающие теоретическое руководство по лазерной сварке алюминиевых сплавов без брызг.
03 Анализ изображений и текста
На рисунке 1 представлены две основные информации: во-первых, на рисунке 1(a) представлена основная аппаратная конфигурация регулируемой кольцевой-лазерной сварки, включая положения и соединения таких компонентов, как программируемое волоконное лазерное устройство CFX-8000, робот, головка лазерной обработки и высокоскоростная-камера, что поясняет логику работы экспериментальной установки и обеспечивает аппаратную основу для последующей настройки экспериментальных параметров и наблюдения за брызгами и паровыми шлейфами, обеспечивая стандартизацию экспериментальных операций. и сбор данных; во-вторых, на рисунке 1(b) показаны ключевые физические процессы при лазерной сварке, такие как фазовый переход, лазерное поглощение и динамика пара, что создает физическую основу для взаимодействия между лазером и материалами, обеспечивает теоретическую основу для трехмерного численного моделирования переходных процессов с мультифизическими полями и помогает понять основные механизмы образования брызг.
04Заключение
Данное исследование посвящено проблеме разбрызгивания при регулируемой кольцевой лазерной сварке алюминиевых сплавов. Посредством экспериментов (установка различных соотношений мощности сердечника/кольца, скоростей сварки в сочетании с наблюдением с помощью-скоростных камер и увеличенной глубины--полевых микроскопов) и трехмерного переходного мультифизического моделирования в сочетании с численным моделированием механизм, с помощью которого кольцевые лазеры подавляют разбрызгивание-путем предварительного нагрева переднего края расплавленной ванны, сужения флуктуаций лазерного поглощения и стабилизации пара шлейф-был обнаружен. Была создана количественная модель, связывающая температуру предварительного нагрева с параметрами процесса, предполагающая, что температура предварительного нагрева должна находиться между температурой плавления и температурой кипения основного материала. Были выведены и экспериментально подтверждены критерии параметров процесса отсутствия-разбрызгивания, уточнившие диапазон выбора параметров сварки алюминиевых сплавов без брызг-. Это может помочь отраслям, использующим легкие алюминиевые компоненты, например автомобилестроению, решить распространенные проблемы, связанные с высоким уровнем разбрызгивания и плохим качеством сварки при традиционной лазерной сварке, способствуя развитию высококачественных и высокостабильных промышленных применений лазерной сварки алюминиевых сплавов.
