01 Paperin yleiskatsaus
Laserkäsittelyssä, erityisesti syväläpihitsauksessa, perinteiset yksittäiset Gaussin säteet, vaikka niiden energiatiheys on korkea, johtavat usein liian keskittyneeseen energian jakautumiseen, mikä voi helposti johtaa vioihin, kuten avaimenreiän epävakauteen, roiskeisiin ja huokoisuuteen. Näiden ongelmien ratkaisemiseksi akateeminen yhteisö on ehdottanut Bessel-säteiden tai rengasmaisten säteiden käyttöä energian hajottamiseen, joiden joukossa säädettävän rengasmoodin (ARM) lasereiden on todistettu stabiloivan tehokkaasti sulaa altaan ja tukahduttavan vikoja. Kuitenkin olemassa olevat komposiittisäderatkaisut kohtaavat yleensä ongelmia, kuten korkeita kustannuksia, kiinteää polttoväliä ja alueellisen energian jakautumisen rajoitettua säädettävyyttä. Esimerkiksi perinteiset rengaslaserit vaativat usein Gaussin ja rengassäteen olevan samassa polttotasossa, mikä ei pysty vastaamaan eri polttoasemien erityistarpeita paksulevyhitsauksessa. Näiden rajoitusten voittamiseksi tässä tutkimuksessa ehdotetaan uutta säteen muotoilumenetelmää-Säädettävän tarkennuksen Gauss-Ring Mode (AFGRM) laser. Tämä menetelmä käyttää edullista-yksittä vapaamuotoista peiliä muuttamaan standardi Gaussin laserlähde komposiittisäteeksi, jolla on erilaiset polttovälit, säädettävät tehosuhteet ja rengassäteet. Tavoitteena on saavuttaa korkealaatuinen-hitsaus sekä syvällä tunkeutumisella että pienillä vioilla.
02 Koko tekstin yleiskatsaus
Tässä tutkimuksessa ehdotetaan innovatiivista säteen muotoilumenetelmää, nimittäin tavallisen Gaussin laserlähteen muuntamista säädettäväksi -focus Gaussian- -rengastilalaseiksi (AFGRM), jossa on itsenäisesti säädettävä polttoväli, tehosuhde ja renkaan säde, suunnittelemalla mukautettu yksittäinen vapaamuotoinen pintapeili. Tällä tekniikalla saavutetaan taitavasti säteen avaruudellinen erottelu ja rekombinaatio, jolloin keskimmäinen Gauss-säde voi siirtyä negatiiviseen defocus-tilaan tunkeutumisen parantamiseksi, kun taas ulompi rengaspalkki keskittyy työkappaleen pintaan sulan altaan laajentamiseksi ja vakauttamiseksi. Tämä ratkaisee tehokkaasti ongelmat perinteisessä -tehokkaassa syväläpihitsauksessa, jossa keskittynyt energia voi aiheuttaa sulan altaan epävakautta ja huokoisuusvirheitä. Hitsauskokeet, jotka suoritettiin 16 mm paksuilla ruostumattomilla SUS304-teräslevyillä, osoittivat, että verrattuna perinteisiin samantehoisiin Gauss-laseereihin AFGRM-laser optimaalisella tehosuhteella (8:2) ei ainoastaan lisännyt hitsin tunkeutumista 37,0 %:lla, vaan myös vähentänyt huokoisuutta 17,58 %:sta, mikä osoittaa tämän tekniikan olevan alhainen 0,2} luotettava ratkaisu, sillä on suuret mahdollisuudet parantaa paksulevyn syväläpihitsauksen laatua.
Kaavioanalyysin kuvassa 1 on esitetty simuloidut tulokset säteen etenemisestä yhden vapaamuotoisen peilin, jonka tehosuhde on 8:4, muotoilun jälkeen. Se osoittaa, että yksi vapaamuotoinen peili voi muotoilla laserin keskisäteeksi ja renkaan muotoiseksi säteeksi, ja se voi saavuttaa evoluution erotuksesta rekombinaatioon etenemisen aikana muodostaen yhdistelmäpisteen polttoalueelle, jolla on selkeä energian jakautuminen ja säädettävät mittasuhteet. Tämä tulos vahvistaa tämän säteen muotoilujärjestelmän tehokkuuden sekä pienen pistekoon saavuttamisessa että tarkan keski-----energian hallinnassa.
Kuva 1 Säteen etenemisen kaaviollinen simulointi muotoilun jälkeen AFGRM-järjestelmässä: (a) Laserin kokonaisetenemiskuvio (b) Säteen kuvio 297 mm:n kohdalla: (b1)–(b2) Lasertehotiheyden jakautuminen ja 3D-näyttö 297 mm:n etäisyydellä. (c) Sädekuvio 300 mm:n etäisyydellä: (c1)–(c2) Lasertehotiheyden jakautuminen ja 3D-näyttö 300 mm:n etäisyydellä.
Kuvassa 2 verrataan AFGRM-komposiittipalkilla ja tavanomaisella Gauss-palkilla tehtyjen hitsien poikkileikkauksen morfologiaa. Tulokset osoittavat, että perinteinen Gauss-palkki muodostaa tyypillisen V-muotoisen hitsin, jonka tunkeutumissyvyys kasvaa merkittävästi kokonaistehon kasvaessa. Sitä vastoin AFGRM-palkki tuottaa vakaan "T--muotoisen" hitsin, jossa tunkeutumissyvyys kasvaa aluksi ja stabiloituu sitten, kun rengasmaisen palkin teho kasvaa, jolloin saavutetaan maksimaalinen tunkeutuminen tehosuhteella 8:2. Nämä tulokset osoittavat, että AFGRM-säde voi saavuttaa paremman syväläpäisyhitsauksen ohjaamalla synergistisesti hitsin morfologiaa ja tunkeutumissyvyyttä keskus-rengasenergian modulaation avulla.
Kuva 2 Perinteisen Gauss-laserin ja AFGRM-laserhitsauksen hitsisauman morfologian vertailu
Kuva 3 osoittaa, että pituussuuntainen poikkileikkauksen morfologia voi intuitiivisesti kuvastaa hitsin sisällä olevien huokosten jakautumisominaisuuksia. Verrattuna perinteisiin Gauss-lasereihin, AFGRM-laserit vähentävät merkittävästi huokosten määrää hitsauksessa samoissa Gauss-moodin teho- ja kokonaistehoolosuhteissa. Samaan aikaan lasertehon kasvaessa huokosten osuus tavanomaisessa Gaussin laserhitsauksessa näyttää laskevan, mikä johtuu pääasiassa nestemäisen metallin lisääntyneestä virtauksesta sulassa altaassa. Rengasmaisten lasereiden käyttöönotto estää edelleen huokosten muodostumista, mikä osoittaa, että niillä on selvä etu sulan altaan dynamiikan ja kaasun poistumisolosuhteiden parantamisessa.
04 Johtopäätös
Tässä tutkimuksessa kehitettiin onnistuneesti uusi säteen{0}}muotoilumenetelmä, joka perustuu yhteen vapaamuotoiseen peiliin ja joka tarjoaa tehokkaan ja edullisen-ratkaisun paksulevyjen laserhitsaukseen. Tärkeimmät johtopäätökset ovat seuraavat: 1. Innovatiivinen suunnittelu: AFGRM-laserkonsepti ehdotettiin ja validoitiin, jolloin saavutettiin Gaussin ja renkaan muotoisten tilojen spatiaalinen erottelu ja polttovälin riippumaton säätö yhden heijastimen avulla. 2. Suorituskyvyn parantaminen: Hitsattaessa 16 mm paksua AFGR-tehosuhdetta ruostumattomalla teräksellä (8:2) parannettiin erityistä tehosuhdetta. tunkeutumissyvyys 37,0 % ja huokoisuus 98,6 % pienempi verrattuna perinteisiin lasereihin, mikä parantaa merkittävästi hitsauksen laatua. 3. Sovellusnäkymät: Tämä tekniikka ei ainoastaan vastaa haasteeseen saavuttaa samanaikaisesti syvä tunkeutuminen ja korkea laatu syväläpäisyhitsauksessa, vaan sillä on myös korkeat mahdollisuudet korvata kalliita lasertehoja ja ARM:lla on korkeat mahdollisuudet korvata kalliita tuotantokustannuksia. (30 kW) heijastimesta.
