01 Popieriaus įvadas
Šiuo metu mažai dėmesio skiriama priežastims, kodėl hibridinio suvirinimo lazeriu{0}}atstumas tarp vielų sukelia suvirinimo defektus, ypač suvirinant storą plokštę, kur storosios plokštės formavimosi nestabilumas yra didesnis ir suvirinimo defektų atsiradimo tikimybė. Siekiant geriau suprasti atstumo tarp vielų įtaką defektų susidarymui storosios plokštės hibridinio suvirinimo metu, šiame tyrime buvo naudojamas didelės-greitos, didelės-galios vielos-lazerinis hibridinis suvirinimas, suvirinant 12 mm storio AH36 jūrinio plieno plokštes. Didelės spartos kamera buvo naudojama lašelių perkėlimui ir išlydyto baseino srautui stebėti, o skaitinis modeliavimas buvo naudojamas specifinei išlydyto baseino srauto elgsenai tirti. Tai paaiškina mechanizmą, kuriuo atstumas tarp vielų turi įtakos defektų susidarymui suvirinant vielinį{10}}lazerinį hibridą.
02 Popieriaus apžvalga:
Hibridinis suvirinimas lazeriu- (LAHW), kaip plačiai perspektyvus sujungimo būdas, sulaukė didelio dėmesio storų plokščių jungtyse laivų statyboje. Atstumas tarp lazerio spindulio ir lanko, kaip vienas svarbiausių suvirinimo parametrų atliekant hibridinį suvirinimą lazeriu-, gali reikšmingai paveikti lazerio ir lanko sujungimo efektą, ypač naudojant didelės-galios lazerį ir suvirinant dideliu{4}}greičiu. Todėl sijos atstumo poveikio suvirinimui tyrimas turi svarbią teorinę reikšmę būsimiems tyrimams ir pramoninei gamybai. Šiame darbe naudojama didelės spartos{7}}suvirinimo proceso fotografija, siekiant išanalizuoti spindulių atstumo poveikį lašelių perdavimui ir išlydyto baseino srauto stabilumui, ir derinamas skaitmeninis modeliavimas, siekiant ištirti suvirinimo defektų susidarymo mechanizmą. Rezultatai rodo, kad naudojant tinkamą sijos atstumą galima pasiekti gerai suformuotas suvirinimo siūles be akivaizdžių suvirinimo defektų. Kai atstumas tarp spindulių yra per arti, dėl pernelyg didelio lazerio ir lanko sujungimo atsiranda nestabilus lašelių perdavimas ir išlydyto baseino srautas, dėl kurio atsiranda suvirinimo defektų, tokių kaip purslai ir įpjovimas. Kai atstumas tarp sijų yra per didelis, susilpnėja dviejų šilumos šaltinių sujungimo efektas, sumažėja suvirinimo armatūra ir gali atsirasti poringumo defektų.
03 Grafinė analizė:
Iš suvirintų siūlių paviršiaus morfologijos ir skerspjūvio morfologijos vaizdų-, esant skirtingiems lazerio spindulių atstumams (1 pav.), matyti, kad suvirinimo paviršiaus formavimasis labai skiriasi priklausomai nuo lazerio spindulio atstumo, o suvirintų siūlių skerspjūvio morfologija skirtingais atstumais yra panaši, visi atrodo bokalai. Kai atstumas tarp lazerio spindulių yra 4 mm, akivaizdžių suvirinimo defektų nėra, o siūlės formavimas yra optimalus.
Kaip matyti iš 2 paveikslo, atstumas tarp optinių skaidulų palaipsniui didėja nuo 0 mm iki 8 mm, trumpųjų grandinių perėjimų dažnis pirmiausia mažėja, o paskui didėja.
Kaip matyti iš 3 paveikslo, kai naudojamas grynas MAG suvirinimas, srovės perėjimo režimu srovės perėjimo kryptis yra išilgai vielos galo uždelsto linijos. Pridėjus lazerį hibridiniam suvirinimui, srauto perėjimo įlinkio kampas labai pasikeičia.
Iš statistinės diagramos 5 paveiksle matyti, kad trumpųjų jungimų perėjimų dažnis iš pradžių mažėja, o vėliau didėja. Srovės perėjimo įlinkio kampo dydis palaipsniui mažėja, kai atstumas tarp optinių skaidulų didėja nuo 0 mm iki 4 mm. Kai skaidulų atstumas toliau didėja iki 6-8 mm, lazerio poveikis srauto perėjimo nuokrypio kampui palaipsniui išnyksta.
Kaip matyti iš 6 paveikslo, dalis purslų defektų atsiranda dėl nestabilių trumpojo jungimo{1} perėjimų. Esant T+5.9 ms, išlydyto metalo tiltas patiria „kaklo plyšimo“ reiškinį ir susidaro daug smulkių purslų.
Kaip matyti iš 7 paveikslo, dėl metalo garų jėgų rakto skylutės viduje ir lašelių perėjimo sukelto smūgio, esant galinėje rakto skylutės padėtyje, išsilydęs metalas ant suvirinimo baseino paviršiaus teka per greitai ir atsiskiria nuo baseino, sudarydamas purslų defektus.
Iš skaitinio modeliavimo rezultatų 8 paveiksle matyti, kad esant bendram lazerio ir lanko poveikiui, išlydyto metalo temperatūra netoli išlydyto baseino centro yra aukštesnė, o srautas greitesnis. Dėl to išlydytas metalas kaupiasi link baseino centro. Kai suvirinimo siūlė vėsta, iš abiejų pusių išlydytas metalas, veikiamas Marangoni jėgos, toliau juda vidurio link, todėl abiejose siūlės pusėse susidaro įpjovos defektai.
Kaip matyti iš 9 paveikslo, kai atstumas tarp gijų yra per didelis, lanko įkaitinimo efektas susilpnėja, sumažėja lazerio šildymo efektas apatinėje rakto skylutės dalyje ir pablogėja skylės stabilumas. Dėl nepakankamo energijos perdavimo į suvirinimo siūlės apačią apatinė rakto skylutės pusė tampa nestabili ir negali likti nuolat atvira, todėl vidiniams dujų burbulams sunku išeiti, o tai galiausiai sukelia poringumo defektus.
03 Santrauka ir perspektyva
Šiame darbe naudojamas didelės-galios lazerinis-MAG hibridinis 12 mm storio AH36 plieno suvirinimas, siekiant ištirti suvirinimo siūlių susidarymą, lašelių perėjimą ir išlydyto baseino srauto elgseną. Toliau aptariamas atstumo tarp lazerinių vielų įtaka suvirinimo procesui ir suvirinimo defektų susidarymo mechanizmas. Pagrindinės išvados yra šios:(1) Kai lazerio galia yra 9,5 kW, vielos padavimo greitis 10 m/min, suvirinimo greitis 1,8 m/min, o tarpas tarp lazerinių vielų yra 4 mm, gaunamas geriausias suvirinimo siūlės sutvirtinimas 0,28 mm ir suvirinimo plotis 5,02 mm, pvz., be defektų, be defektų. Lazerio laidų atstumas labai paveikia lašelių perėjimo formą (srove + trumpasis{16}}grandinės perėjimas). Didėjant atstumui tarp lazerio laidų, trumpojo jungimo{18}}perėjimo dažnis pirmiausia sumažėja, o paskui didėja. Kai atstumas tarp lazerio laidų yra 0, 2, 4, 6 ir 8 mm, trumpojo{25}}grandinio perėjimo dažnis yra atitinkamai 161 Hz, 124 Hz, 95 Hz, 116 Hz ir 138 Hz. Srovės perėjimo įlinkio kampas mažėja didėjant laidų atstumui. Kai atstumas tarp vielos yra didesnis nei 6 mm, atstumas tarp vielų nukrypimo kampui nebeturi įtakos, tai atitinka vieno MAG suvirinimą. (3) Purslai daugiausia susidaro virš lazerio rakto skylutės ir išlydyto baseino galinėje pusėje. Trumpojo jungimo lašelių perėjimas sukelia skysto metalo tiltelio įdubimą ir plyšimą, suformuojant daug mažų metalo lašelių, kuriuos dar labiau veikia metalo garai, išsiskiriantys iš rakto skylutės, todėl susidaro purslų. Be to, išlydytą baseiną veikia garų srautas ir lašelių perėjimo smūgio jėga, dėl ko padidėja išlydyto metalo srauto greitis galinėje pusėje. Kai išlydytas metalas teka įstrižai į viršų 0,3 m/s greičiu, dalis išlydyto metalo atsiskiria nuo baseino ir susidaro purslų.(4) Nupjautų defektų susidarymas yra glaudžiai susijęs su išlydyto baseino srautu. Išlydytas metalas dujų -pučiamoje srityje ir aplink rakto skylutę nuolat teka atgal, todėl galinė baseino dalis kyla aukštyn. Laipsniškai kietėjant suvirinimo vietai, veikiant Marangoni jėgai, išlydytas metalas santykinai vėsesnėse suvirinimo siūlės pusėse teka link karšto centro, todėl suvirinimo nosyje lieka nepakankamai išlydyto metalo ir atsiranda defektų. (5) Kai atstumas tarp lazerio vielos yra per didelis, suvirinimo siūlės viduje gali atsirasti poringumas. Lazerio ir lanko sujungimo efektas labai susilpnėja, todėl lazerio ir lanko išlydytas baseinas beveik atsiskiria, todėl sumažėja energija, perduodama į suvirinimo siūlės dugną. Tai sumažina stabilumą rakto skylutės apačioje, todėl burbuliukai sunkiai išteka iš išsilydusio baseino, o suvirinimo siūlei vėsstant ir kietėjant susidaro poringumo defektai.
