Stabilitetsstudie av den dynamiske prosessen med laserbuekomposittsveising basert på overgangsatferden til smeltedråpen

Laser-Arc kompositt sveising
Professor Peilei Zhang ved School of Materials Science and Engineering ved University of Shanghai for Engineering and Technology (USET), sammen med forskere fra University of Warwick, Shanghai Jiao Tong University og Jiangsu University of Science and Technology (JUST), har publisert en artikkel med tittelen "Research Status of Stability in Dynamic Process of Laser-Arc Hybrid Welding" i tidsskriftet Coatings. Laser-Arc Hybrid Welding basert på dråpeoverføringsatferd: En gjennomgang".
01 Introduksjon
Laser-Arc Hybrid Welding bruker både en laservarmekilde og en elektrisk lysbuevarmekilde i samme region, og den synergistiske effekten av de to varmekildene i samme smeltede basseng resulterer også i en økning i sveisehastighet og smeltedybde. som en økning i gap brodging evne og prosessstabilitet. Denne artikkelen beskriver den nåværende forskningsstatusen til laserbuekomposittsveiseteknologi når det gjelder dråpeovergangsadferd, dråpeovergangsmodus og dråpekraftanalyse. Ved systematisk å sortere ut forskningspapirene og ingeniørapplikasjonene, skisseres arbeidsprinsippet, tekniske fordeler, ingeniørapplikasjoner og sveisedynamiske prosessstabilitetsstudier av laserbuekomposittsveising systematisk. Til slutt oppsummeres problemene som fremtidens laserbuehybridsveiseteknologi står overfor.
Laser-bue hybrid sveising
02 Oversikt
Denne artikkelen gjennomgår de grunnleggende konseptene og egenskapene til overgangsatferden til laserbue-sammensatte sveisedråper, inkludert dråpeovergangsmodus og dråpekraftanalyse. Det legges vekt på den gjensidige fysiske interaksjonen mellom laseren og lysbuen og effekten av den kombinerte laser-bue varmekilden på sveisestabiliteten. Smeltedråpeovergangsatferden gir informasjon om stabiliteten til sveiseprosessen, bueadferdsegenskaper, smelteeffektivitet, prosessegenskaper som sveiserøyk og sprut, og metallurgiske sveiseegenskaper, etc., som er preget av intuitivitet og synlighet, og blir en uerstattelig kilde og måte for informasjonsinnhenting innen sveiseinformasjonsteknologi. I laser-bue-kompositt sveiseprosessen avhenger metalldråpene til overgangsmodus for smeltet basseng, dråpestørrelse, overgangsfrekvens og stabilitet av sveisematerialets egenskaper, sveiseparametere, beskyttelsesgass, laserenergi, lett ledningsavstand og andre faktorer, og til slutt utsatt for en rekke krefter som tyngdekraft, elektromagnetisk kraft, plasmastrømningskraft, overflatespenning, metalldampkraften og annen integrert rolle, som vist i figur 1.

Figur 1 skjematisk diagram for analyse av kompositt sveisedråpekraft
Laser-bue hybrid sveising
03 Grafisk analyse
Filamentavstanden er en nøkkelfaktor for å bestemme om laser- og lysbuevarmekilden er optimalt koblet. Filamentavstanden har en betydelig effekt på smeltedybden, overgangsmodusen til dråpen og stabiliteten til sveiseprosessen. Forskere har funnet ut at når filamentavstanden er liten, forstyrrer buen stabiliteten til nøkkelhullet, og stabiliteten til dråpeovergangen blir sterkt påvirket av laseren. Laserstrålebestrålingen på de sprutede dråpene hindrer energien til laserstrålen, noe som resulterer i en liten sveisedybde som vist i fig. 2. I tillegg resulterte økningen i filamentavstand i uregelmessig bevegelse av smeltet metall som førte til at nøkkelhull kollapser, som samt tidligere størknet metall som hindrer det midtsmeltede metallet i å fylle sveisetåområdet, noe som til slutt resulterer i en nappedefekt.
Den relative plasseringen av laser- og lysbuevarmekildene i sveiseretningen har en avgjørende effekt på laserbue-komposittsveising. Noen forskere og forskere mener at den laserstyrte modusen er overlegen den buestyrte modusen. De mener at den laserstyrte modusen resulterer i en mer stabil sveiseprosess, bedre sveisedannelse, færre porøsitets- og sprutdefekter, og bedre penetrasjon og sterkere sveiser. Andre forskere mener imidlertid at den buestyrte modusen er overlegen den laserstyrte modusen. De mener at sammenlignet med UHP laserstyrt modus, skaper UHP lysbuestyrt modus stabile buekarakteristikk og smeltebassengstrøm, og vinkelen mellom radiusen til de smeltede dråpene og sveiseoverflaten skaper en større drivkraft, noe som fremmer separasjon av de smeltede dråpene og forbedrer stabiliteten i sveiseprosessen, med mindre sveisesprut og mer stabil sveiseforming.
Betydningen av beskyttelsesgass bør vurderes for både enkeltlasersveising og elektrisk lysbuesveising. Ved lasersveising er beskyttelsesgass et effektivt middel for å eliminere plasmaskjermingseffekter, forbedre stabiliteten til sveiseprosessen og realisere dypsveising. Ved buesveising er beskyttelsesgass nøkkelfaktoren for å realisere stabil forbrenning av lysbuen og bestemme fordelingen av lysbuevarmekolonnen og overgangsmodusen til den smeltede dråpen. Forskere mener at tilsetningen av 30 % He forbedrer den sammensatte effekten av laser og lysbue, og smeltedråpeovergangsmodus endres fra ustabil jetovergang til stabil jetovergang, og forbedrer samsvarsgraden av roterende jetovergang og buepulssyklus, med mindre svingninger i buebølgeform, bedre forming av sveisesømmen og færre sveisefeil. I tillegg mener forskere at He-volumprosenten for å forbedre sveisedybden av fusjon og hemme porøsitetsfeil bør være 50 %. Den effektive lasereffekttettheten øker med økningen av He-volumprosenten, noe som bidrar til å øke sveisedybden. Sveiseporøsitetsdefekter ble effektivt undertrykt fordi stabiliteten til små hull ble forbedret ved bruk av Ar-He-blanding.
Siden tillegg av laser til lysbuesveising forårsaker endringer i lysbuemorfologi og smeltet bassengmorfologi, noe som fører til endringer i lysbuekraft, elektromagnetisk felt og overflatespenning i smeltebassenget, vil endringer i disse faktorene direkte føre til endringer i overgangsegenskapene til den smeltede dråpen. Ved å kombinere fordelene med dyp smelting av lasersveising og byggebrosytelse ved buesveising, har mange forskere og forskere lagt vekt på overgangsatferden til smeltede dråper i laserbuesveising. De mener at tilsetning av laser har både fremmende og hemmende effekter på dråpeovergangen. I kortslutnings- og fallovergangsmodusene fremmer laseren fallovergangen, mens laseren hindrer fallovergangen i jetovergangsmodus. Størrelsen og retningen til de elektromagnetiske kreftene og plasmakreftene som virker på dråpene er avgjørende for å påvirke dråpeovergangsatferden. Størrelsen og retningen til de elektromagnetiske kreftene og plasmakreftene transformeres på grunn av endringen i strømfordelingen i den smeltede dråpen, som er forårsaket av laserindusert plasma med lavt ioniseringspotensial.

04 Konklusjon og utsikter
Laser-arc kompositt sveising er en ny type sveisebehandlingsmetode, som kombinerer to varmekilder med helt forskjellige energioverføringsmekanismer og fysiske egenskaper, og samtidig virker i prosesseringsposisjonen, samspillet mellom ulike varmekilder og samspillet mellom varmekilden og arbeidsstykket til å generere nok varme til å fullføre sveiseprosessen. Som en ny type effektiv sveisevarmekilde kan den gi fullt spill til de respektive fordelene ved de to varmekildene, men også for å kompensere for deres mangler. Laser- og smelteelektrode inertgass / aktiv gassbuesveising (MIG / MAG) er den mest lovende komposittsveisemodusen, det er et presserende behov for å studere den fysiske mekanismen til komposittvarmekilden ytterligere. I mellomtiden er smeltedråpeovergangsadferden også svært viktig i komposittsveiseprosessen. Dråpeovergangsatferden kan gi nøyaktig informasjon for sveiseprosessen, og effektivt bestemme stabiliteten til sveiseprosessen.
Med den kontinuerlige utviklingen av anleggsmaskiner øker også platetykkelsen. For å møte stabiliteten til sveising av tykke plater, er fasing av tykke plater avgjørende. På grunn av kompleksiteten til den tykke plateskråningen, påvirkes også stabiliteten til buen i sveiseprosessen til en viss grad, noe som resulterer i generering av sveisefeil. Samtidig er genereringen av defekter nært knyttet til overgangsatferden til smeltedråpen. Ved høyeffekts laserbue-komposittsveising er generering av sveisefeil uunngåelig. Optimalisering og fremdrift av numerisk simuleringsteknologi bryter gjennom begrensningene til defektanalyse og gir et solid teoretisk grunnlag for videreutvikling av innovative prosesser. På grunn av det store antallet prosessparametere i laserbue-komposittsveising, blir prosessparametervinduet stadig innsnevret for å oppnå den beste sveiseformasjonen, og variasjonen av prosessparametrene har også stor innvirkning på overgangsegenskapene til det smeltede. dråpe. Derfor er den kontinuerlige utforskningen av prosessparametere av stor betydning for overgangsmodusen for laser-bue-komposittsveising.