01 Введение в статью
В настоящее время мало внимания уделяется причинам, по которым расстояние между проволоками при лазерной-дуговой гибридной сварке вызывает дефекты сварки, особенно при сварке толстых листов, где нестабильность формирования толстых листов выше и вероятность возникновения дефектов сварки выше. Чтобы лучше понять влияние расстояния между проволоками на образование дефектов при гибридной сварке толстых листов, в этом исследовании использовалась высокоскоростная-высокоскоростная-мощная-лазерная гибридная сварка для сварки листов морской стали AH36 толщиной 12 мм. Для наблюдения за переносом капель и течением ванны расплава использовалась высокоскоростная камера, а для изучения специфического поведения потока ванны расплава применялось численное моделирование. Это проясняет механизм, посредством которого расстояние между проволоками влияет на образование дефектов при -лазерной гибридной сварке проволокой.
02 Обзор бумаги:
Лазерная-дуговая гибридная сварка (LAHW), как широко перспективный метод соединения, привлекла значительное внимание к соединениям толстых листов в судостроении. Являясь одним из наиболее важных параметров лазерной-дуговой гибридной сварки, расстояние между лазерным лучом и дугой может существенно влиять на эффект связи между лазером и дугой, особенно в условиях высокой-мощности лазера и высокоскоростной-скоростной сварки. Таким образом, изучение влияния расстояния между лучами на сварку имеет важное теоретическое значение для будущих исследований и промышленного производства. В этой статье используется высокоскоростная-съемка процесса сварки для анализа влияния расстояния между лучами на перенос капель и стабильность потока расплавленной ванны, а также сочетается численное моделирование для изучения механизма образования дефектов сварки. Результаты показывают, что при правильном расстоянии между лучами можно получить сварные швы хорошей-формы без явных дефектов сварки. Когда расстояние между лучами слишком близко, эффект чрезмерной связи между лазером и дугой приводит к нестабильному переносу капель и течению ванны расплава, что приводит к дефектам сварки, таким как разбрызгивание и подрезы. Когда расстояние между лучами слишком велико, эффект связи двух источников тепла ослабляется, усиление сварного шва уменьшается и могут возникнуть дефекты пористости.
03 Графический анализ:
Из изображений морфологии поверхности сварного шва и морфологии поперечного-сечения при различных расстояниях между лазерными лучами (рис. 1) видно, что формирование поверхности сварного шва значительно варьируется в зависимости от расстояния между лазерными лучами, в то время как морфология поперечного-сечения сварных швов при разных расстояниях одинакова, и все они имеют кубко-форму. При расстоянии между лазерными лучами 4 мм явных дефектов сварки нет и формирование сварного шва оптимально.
Как видно из рисунка 2, по мере постепенного увеличения расстояния между оптическими волокнами от 0 мм до 8 мм частота короткозамкнутых переходов сначала уменьшается, а затем увеличивается.
Как видно из рисунка 3, при использовании чисто MAG-сварки в режиме струйного перехода направление струйного перехода находится вдоль линии задержки кончика проволоки. При добавлении лазера для гибридной сварки угол отклонения струйного перехода существенно меняется.
Из статистической диаграммы на рисунке 5 видно, что частота переходов короткого-замыкания сначала уменьшается, а затем увеличивается. Величина угла отклонения струйного перехода постепенно уменьшается по мере увеличения расстояния между оптическими волокнами от 0 мм до 4 мм. При дальнейшем увеличении шага волокон до 6-8 мм влияние лазера на угол отклонения перехода струи постепенно исчезает.
Как видно из рисунка 6, часть дефектов разбрызгивания возникает в результате нестабильных короткозамкнутых переходов. При T+5.9 мс мостик из расплавленного металла претерпевает явление «разрыва шейки», образуя множество мелких брызг.
Как видно из рисунка 7, из-за влияния сил паров металла внутри замочной скважины и воздействия, вызванного капельным переходом, при заднем положении замочной скважины расплавленный металл на поверхности сварочной ванны течет слишком быстро и отрывается от ванны, образуя брызговые дефекты.
Из результатов численного моделирования на рисунке 8 видно, что при совместном воздействии лазера и дуги температура расплавленного металла вблизи центра расплавленной ванны выше, а скорость потока выше. Это приводит к тому, что расплавленный металл скапливается ближе к центру ванны. По мере остывания сварного шва расплавленный металл с обеих сторон продолжает двигаться к средней области под действием силы Марангони, что приводит к образованию дефектов подрезов с обеих сторон сварного шва.
Как видно из рисунка 9, когда расстояние между нитями слишком велико, эффект предварительного нагрева дуги ослабляется, воздействие лазерного нагрева на нижнюю часть замочной скважины снижается, а стабильность отверстия ухудшается. Из-за недостаточной энергии, передаваемой нижней части сварного шва, нижняя половина замочной скважины становится нестабильной и не может оставаться постоянно открытой, что затрудняет выход внутренних пузырьков газа, что в конечном итоге приводит к дефектам пористости.
03 Резюме и перспективы
В этой статье используется гибридная сварка мощным-лазером-MAG на стали AH36 толщиной 12 мм для изучения формирования сварного шва, перехода капель и поведения потока расплавленной ванны. Далее обсуждается влияние расстояния между лазерными проволоками на процесс сварки и механизм образования дефектов сварного шва. Основные выводы следующие: (1) При мощности лазера 9,5 кВт, скорости подачи проволоки 10 м/мин, скорости сварки 1,8 м/мин и шаге лазерной проволоки 4 мм достигается наилучшее формирование сварного шва при усилении шва 0,28 мм и ширине шва 5,02 мм без таких дефектов, как подрез, разбрызгивание или пористость. (2) Расстояние между лазерными проволоками существенно влияет на форму капельного перехода (струя + короткая-переходная цепь). По мере увеличения расстояния между лазерными проводами частота перехода короткого замыкания сначала уменьшается, а затем увеличивается. При шаге лазерных проводов 0, 2, 4, 6 и 8 мм частота короткозамкнутого перехода составляет 161 Гц, 124 Гц, 95 Гц, 116 Гц и 138 Гц соответственно. Угол отклонения струи перехода уменьшается с увеличением расстояния между проволоками. Когда расстояние между проволоками превышает 6 мм, угол отклонения больше не зависит от расстояния между проволоками, что соответствует одиночной сварке MAG. (3) Брызги в основном образуются над лазерной замочной скважиной и на задней стороне ванны расплава. Короткий -переход капель вызывает образование шейки и разрыв жидкометаллического моста, образуя множество мелких капель металла, которые в дальнейшем подвергаются воздействию паров металла, выбрасываемых из замочной скважины, что приводит к разбрызгиванию. Дополнительно на ванну расплава воздействует паровой шлейф и ударная сила капельного перехода, вызывающая увеличение скорости течения расплавленного металла с тыльной стороны. Когда расплавленный металл течет по диагонали вверх со скоростью 0,3 м/с, часть расплавленного металла отделяется от ванны, образуя брызги. (4) Образование подрезов тесно связано с течением расплавленной ванны. Расплавленный металл в области газовой-продувки и вокруг замочной скважины непрерывно течет назад, заставляя заднюю часть ванны подниматься. По мере того, как область сварного шва постепенно затвердевает под действием силы Марангони, расплавленный металл на относительно более холодных сторонах сварного шва течет к горячему центру, оставляя недостаточное количество расплавленного металла на подошве сварного шва и приводя к дефектам подрезов. (5) Когда расстояние между лазерными проволоками слишком велико, внутри сварного шва может возникнуть пористость. Эффект связи между лазером и дугой значительно ослабляется, в результате чего расплавленные ванны лазера и дуги практически разделяются, что снижает энергию, передаваемую к нижней части сварного шва. Это снижает стабильность дна замочной скважины, затрудняя выход пузырьков из расплавленной ванны, что в конечном итоге приводит к образованию дефектов пористости по мере охлаждения и затвердевания сварного шва.
