01 Popieriaus įvadas:
Austenitinis nerūdijantis plienas dėl puikių mechaninių savybių ir atsparumo korozijai yra plačiai naudojamas kritinėse srityse, tokiose kaip branduolinė energija, laivų statyba ir slėginiai indai. Šiose srityse gaminant storas-plokštes konstrukcinius komponentus, didelio-energijos-tankio lazerinis suvirinimas suteikia pranašumų, palyginti su tradiciniu lankiniu suvirinimu, pvz., mažesnę šilumos sąnaudą ir didesnį suvirinimo greitį, o tai padeda pagerinti jungties veikimą. Tačiau tradicinis lazerinis suvirinimas viela susiduria su dideliais iššūkiais, kai jis taikomas storo{5}}plokštės siauro{6} tarpo suvirinimui. Viena vertus, norint pasiekti gilų įsiskverbimą, suvirinimo procese dažniausiai naudojamas „rakto skylutės“ režimas, tačiau ši gili ir siaura rakto skylutė yra itin nestabili, linkusi į griūtis ir įstrigti dujas, todėl suvirinimo siūlėje atsiranda daug poringumo defektų. Kita vertus, nors naudojant stabilesnį „šilumos laidumo“ režimą, poringumas gali sumažėti, jo įsiskverbimo gylis yra per mažas, todėl suvirinimo efektyvumas žemas ir norint užbaigti storosios -plokštės suvirinimą, reikia atlikti daugiau suvirinimo takų. Tai ne tik padidina kumuliacinį šilumos įvedimą ir liekamąjį įtempį, bet ir gali lemti griovelio šoninių sienelių susiliejimo trūkumą dėl koncentruotos lazerio energijos. Todėl, kaip veiksmingai išvengti defektų, pvz., poringumo ir susiliejimo trūkumo, kartu užtikrinant suvirinimo stabilumą, yra techninė kliūtis, kurią reikia skubiai išspręsti storųjų{12}plokščių suvirinimo lazeriu srityje. Siekiant išspręsti pirmiau minėtus iššūkius, lazerio spindulio virpesių technologija, kaip pažangus energijos valdymo metodas, rodo didelį potencialą. Priverčiant lazerio spindulį svyruoti aukštu dažniu palei suvirinimo kelią, galima aktyviai valdyti lazerio energijos pasiskirstymą ir pagerinti išlydyto baseino skysčių dinamiką, taip teigiamai veikiant suvirinimo proceso stabilumą ir suvirinimo siūlių susidarymą.
02 Viso teksto santrauka:
Šis tyrimas intuityviai parodo reikšmingą svyravimo technologijos poveikį: įvedus virpesių dažnį ir amplitudę, tankios poros, dažniausiai aptinkamos tradiciniais metodais, yra efektyviai slopinamos net iki visiško pašalinimo. Tačiau šio tyrimo vertė gerokai viršija tai; jos esmė yra nuodugniai atskleisti pagrindinius fizinius mechanizmus naudojant pažangias technologijas, tokias kaip didelės spartos fotografavimas. Tyrimas parodė, kad svyravimo technologija suvirinimo procesą keičia dviem būdais. Pirma, ji paverčia iš pradžių gilią, smarkiai svyruojančią „rakto skylutę“ į platesnį, stabilesnį ir ilgesnį{5}}išlydytą kanalą. Tai ne tik sumažina burbuliukų susidarymą prie jų šaltinio, bet, dar svarbiau, suteikia pakankamai išbėgimo takų jau susidariusiems burbulams. Antra, aukšto -dažnio svyravimai išlydytame baseine sukelia stiprų sūkurio maišymo efektą. Viena vertus, šis maišymas tolygiai paskirsto šilumą griovelio šoninėse sienelėse, visiškai išsprendžiant nepilno susiliejimo problemą; kita vertus, ji veikia kaip maišyklė, aktyviai maišanti išlydytą baseiną, padedanti burbuliukams atsiskirti nuo kietėjimo fronto ir pagreitinti jų išstūmimą. Be to, šis stiprus išlydyto baseino srautas optimizuoja suvirinimo siūlės mikrostruktūrą, nutraukdamas stambių stulpelių grūdelių augimą ir skatindamas grūdelių rafinavimą, padėdamas pagrindą pasiekti puikias mechanines savybes. Galiausiai, sėkmingas 40 mm storio be defektų suvirintų jungčių paruošimas, patvirtintas neardomųjų bandymų rezultatais, stipriai patvirtina šios technologijos uždarą kilpą nuo teorijos iki praktikos, suteikiant neįkainojamų teorinių patarimų ir proceso sprendimų, susijusių su storųjų plokščių lazerinio suvirinimo inžineriniu pritaikymu.
03 Vaizdo ir teksto analizė
1 paveiksle aiškiai parodyta šiame tyrime naudota eksperimentinė sistemos konfigūracija, kuri yra siauro{1}}tarpo lazerio virpesių vielos-tiekimo suvirinimo principo schema. Išsamiai pavaizduoti keli pagrindiniai komponentai: didelės-galios lazerio galvutė spinduliuoja vertikaliai žemyn, o lazerio spindulys sufokusuotas į storą plokštės ruošinį su siauru{5}}tarpo grioveliu; vielos padavimo mechanizmas tiksliai tiekia suvirinimo laidą iš šono ir priekio į lazerio spindulio ir išlydyto baseino sąveikos zoną, tiekdamas suvirinimo siūlei užpildo metalą; tuo pačiu metu apsauginis dujų antgalis koaksialiai arba į šoną išpučia inertines dujas, kad neleistų išlydytam metalui oksiduotis aukštoje temperatūroje. Išdidintas scheminis apskritimas puikiai iliustruoja, kad lazerio taškas, judėdamas suvirinimo kryptimi, taip pat patiria aukšto -dažnio periodinį judėjimą iš anksto nustatyta trajektorija X-Y plokštumoje.
2 pav.
per neardomuosius rentgeno spindulių tikrinimo vaizdus-, vizualiai atskleidžiamas lemiamas lazerio spindulio virpesių vaidmuo slopinant poringumo defektus. Šis skaičius paprastai susideda iš kelių gretimų rentgeno vaizdų, lyginančių vidinę suvirinimo siūlių kokybę skirtingomis suvirinimo sąlygomis. Kairėje esantis pradinis mėginys (be virpesių) rodo suvirinimo siūlę, užpildytą daugybe tankių porų. Šios juodos dėmės rodo, kad naudojant tradicinį gilaus įsiskverbimo suvirinimo režimą, didelis kiekis dujų sulaikomas ir sulaikomas greitai kietėjančio metalo, todėl atsiranda rimtų defektų. Tačiau paveikslėliai dešinėje rodo rezultatus pritaikius skirtingus virpesių parametrus. Aiškiai galime pastebėti, kad didėjant virpesių amplitudei, suvirinimo siūlėje porų skaičius smarkiai sumažėja, o jų pasiskirstymas retėja. Kai virpesių parametrai yra optimizuoti iki konkrečios vertės, suvirinimo siūlės poringumo defektai beveik visiškai pašalinami, todėl suvirinimo siūlė yra tanki ir švari. Peršasi išvada, kad lazerio spindulio svyravimai yra itin efektyvi priemonė akytumo defektams slopinti atliekant storo{10}}plokštės siauro tarpo{11}}suvirinimo lazeriu. Tai rodo, kad racionaliai kontroliuojant energijos paskirstymą, suvirinimo proceso stabilumas gali būti iš esmės pagerintas, o tai yra labai svarbus procesas siekiant aukštos kokybės{13}.
3 paveiksle naudojama didelės spartos{1}}kameros technologija, skirta užfiksuoti ir palyginti dinaminę „rakto skylutės“ elgseną išlydyto baseino paviršiuje suvirinimo proceso metu. Šis skaičius paprastai apima du nuoseklių vaizdų arba vaizdo įrašų kadrų rinkinius. Ne-svyruojančiomis sąlygomis vaizdai rodo, kad rakto skylutės anga yra labai siaura, o jos morfologija itin nestabili, svyruoja staigiai, dažnai susitraukia ir griūna. Šis nestabilus elgesys yra tiesioginė išlydyto metalo turbulencijos, apsauginių dujų įsiskverbimo ir burbuliukų susidarymo priežastis. Priešingai, pritaikius optimizuotus virpesių parametrus, rakto skylutės morfologija pasikeičia iš esmės: jos anga tampa žymiai platesnė ir apvalesnė, ji išlaiko gana stabilią formą viso suvirinimo proceso metu, o tarnavimo laikas labai pailgėja.
4 paveiksle parodytas galutinis 40 mm storio nerūdijančio plieno plokštės sandūrinio suvirinimo, naudojant optimizuotą lazerinio virpesių suvirinimo procesą, rezultatas. Šis vaizdas yra makroskopinė{3}}skerspjūvio metalografinė poliruotos ir išgraviruotos suvirinimo siūlės nuotrauka, visiškai atvaizduojanti visą jungties plotą nuo apačios iki viršaus. Paveikslėlyje parodyta, kad suvirinimo siūlė, sudaryta iš dešimčių suvirinimo briaunų sluoksnių, užtikrina puikų metalurginį sukibimą su netauriųjų metalų nuožulniais iš abiejų pusių, be jokių matomų defektų, tokių kaip susiliejimo trūkumas, šlako intarpai ar įtrūkimai. Kiekvienas suvirinimo rutulio sluoksnis yra vienodas ir tankus, su sklandžiais perėjimais tarp sluoksnių. Dar svarbiau, kad kartu su rentgeno apžiūros rezultatais įrodoma, kad suvirinimo siūlėje per visą jos storį nėra tūrinių defektų, pvz., porų. Tai sėkmingai patvirtina, kad lazerio spindulio virpesių technologija ne tik puikiai veikia suvirinant vienkartinį-praėjimą, bet ir gali būti sėkmingai taikoma suvirinant daugiasluoksnį, daugiasluoksnį storų plokščių suvirinimą, kuriam keliami itin griežti reikalavimai. Tai rodo, kad technologija turi stabilų proceso langą ir gerą pakartojamumą, turi didelį potencialą išspręsti pagrindines inžinerijos taikymo problemas, ir rodo sėkmingą laboratorinių tyrimų rezultatų pavertimą patikimu ir kokybišku storųjų plokščių suvirinimo sprendimu.
04 Išvada:
Šiame darbe sistemingai plėtojamas ir tikrinamas didelis lazerio spindulio virpesių technologijos efektyvumas sprendžiant pagrindinius defektus (poringumą ir susiliejimo trūkumą) suvirinant siauru{0}}tarpu viela- 40 mm storio 316 l nerūdijančiojo plieno. Susidūrę su tradicinio giluminio suvirinimo, kuris kenčia nuo didelio poringumo dėl rakto skylutės nestabilumo ir susiliejimo trūkumo dėl koncentruotos energijos, iššūkiais, šis tyrimas parodo, kad didelio -dažnio apskrito lazerio spindulio virpesiai gali visiškai pašalinti suvirinimo siūlės poringumo defektus ir žymiai pagerinti suvirinimo kokybę. Pagrindinė vertė slypi nuodugnioje mechaninėje analizėje. Naudojant didelės spartos fotografiją, tyrimas atskleidžia, kad virpesių technologija paverčia suvirinimo režimą iš gilios, nestabilios rakto skylutės, linkusios į griūti, į platų, negilų, stabilų ir ilgiau{10}}atsilaikantį atvirą išlydytą baseiną. Šis stabilus išlydytas kanalas iš esmės sumažina dujų įstrigimą ir suteikia pakankamai išbėgimo takų bei laiko bet kokiems atsitiktinai susidariusiems burbulams, taip efektyviai išvalydamas išlydytą baseiną. Tuo pačiu metu aukšto{13}}dažnio svyravimai išlydytame baseine sukelia stiprų sūkurį. Šis aktyvus išlydyto metalo srautas ne tik tolygiau paskirsto šilumą į griovelio šonines sieneles, sumažindamas susiliejimo trūkumo riziką, bet ir pagreitina likusių burbuliukų judėjimą aukštyn maišant. Be to, šis stiprus srauto laukas trikdo nuolatinį stambių stulpinių grūdelių augimą kietėjimo metu, skatina lygiašių grūdelių susidarymą suvirinimo centro srityje, užtikrina grūdelių rafinuotumą ir padeda patobulinti jungties mechanines savybes.
