01 Paperin esittely
Tällä hetkellä ei kiinnitetä juurikaan huomiota syihin, miksi lankaväli laserkaarihybridihitsauksessa aiheuttaa hitsausvirheitä, erityisesti paksulevyn hitsauksessa, jossa paksujen levyjen muodostumisen epävakaus on suurempi ja hitsausvirheiden esiintyminen todennäköisempää. Jotta voitaisiin paremmin ymmärtää lankojen etäisyyden vaikutusta vikojen muodostumiseen paksulevyhybridihitsauksessa, tässä tutkimuksessa käytettiin nopeaa-suuritehoista-lanka-laserhybridihitsausta 12 mm paksuisten AH36-meriteräslevyjen hitsaukseen. Nopealla-kameralla tarkkailtiin pisaroiden siirtymistä ja sulan altaan virtausta, ja numeerisia simulaatioita käytettiin sulan altaan ominaisvirtauskäyttäytymisen tutkimiseen. Tämä selventää mekanismia, jolla lankojen etäisyys vaikuttaa vikojen muodostumiseen lanka{10}}laserhybridihitsauksessa.
02 Paperin yleiskatsaus:
Laser-kaarihybridihitsaus (LAHW) laajalti tulevana liitosmenetelmänä on herättänyt suurta huomiota laivanrakennuksen paksuissa levyliitoksissa. Yksi kriittisimmistä hitsausparametreista laser-kaarihybridihitsauksessa, lasersäteen ja kaaren välinen etäisyys voi merkittävästi vaikuttaa laserin ja kaaren väliseen kytkentävaikutukseen erityisesti suuritehoisissa laser- ja{4}}nopeissa hitsausolosuhteissa. Siksi palkin etäisyyden vaikutuksen selvittämisellä hitsaukseen on tärkeä teoreettinen merkitys tulevaisuuden tutkimuksen ja teollisen tuotannon kannalta. Tässä artikkelissa käytetään nopeaa{7}}valokuvausta hitsausprosessista analysoidakseen säteen etäisyyden vaikutusta pisaroiden siirtoon ja sulan altaan virtauksen stabiilisuuteen. Siinä yhdistetään numeerinen simulointi hitsausvirheiden muodostumismekanismin tutkimiseen. Tulokset osoittavat, että sopivalla sädevälillä saadaan aikaan hyvin-muovattuja hitsejä ilman näkyviä hitsausvirheitä. Kun säteen etäisyys on liian lähellä, laserin ja valokaaren välinen liiallinen kytkentävaikutus johtaa epävakaaseen pisaroiden siirtoon ja sulan altaan virtaukseen, mikä johtaa hitsausvirheisiin, kuten roiskeisiin ja alileikkauksiin. Kun palkkiväli on liian suuri, kahden lämmönlähteen kytkentävaikutus heikkenee, hitsausvahvistus vähenee ja huokoisuusvirheitä saattaa ilmetä.
03 Graafinen analyysi:
Kuvista hitsauspinnan morfologiasta ja poikkileikkauksen morfologiasta eri lasersäteen etäisyyksillä (kuva 1) (kuva 1) voidaan nähdä, että hitsin pinnan muodostuminen vaihtelee merkittävästi eri lasersäteen etäisyyksillä, kun taas hitsien poikki-poikkileikkausmorfologia eri etäisyyksillä on samanlainen, kaikki näyttävät kupin muotoisilta. Kun lasersäteen etäisyys on 4 mm, ei ole näkyviä hitsausvirheitä ja hitsin muodostus on optimaalinen.
Kuten kuvasta 2 voidaan nähdä, kun optisten kuitujen välinen etäisyys kasvaa vähitellen 0 mm:stä 8 mm:iin, oikosulun -siirtymien taajuus ensin pienenee ja sitten kasvaa.
Kuten kuvasta 3 voidaan nähdä, kun käytetään puhdasta MAG-hitsausta, suihkusiirtymämoodissa suihkusiirtymän suunta on langan kärjen viivästettyä linjaa pitkin. Kun hybridihitsaukseen lisätään laser, suihkusiirtymän taipumakulma muuttuu merkittävästi.
Kuvan 5 tilastokaaviosta voidaan nähdä, että oikosulku-siirtymien taajuus aluksi pienenee ja sitten kasvaa. Suihkun siirtymäpoikkeutuskulman suuruus pienenee vähitellen optisten kuitujen välisen etäisyyden kasvaessa 0 mm:stä 4 mm:iin. Kun kuituväli kasvaa edelleen 6-8 mm:iin, laserin vaikutus suihkun siirtymäpoikkeutuskulmaan häviää vähitellen.
Kuten kuvasta 6 voidaan nähdä, osa roiskevioista johtuu epävakaista oikosulku{1}}siirtymistä. T+5.9 ms:ssa sulassa metallisillassa tapahtuu "kaulan repeämä" -ilmiö, joka muodostaa monia hienoja roiskeita.
Kuten kuvasta 7 näkyy, avaimenreiän sisällä olevien metallihöyryvoimien vaikutuksesta ja pisaran siirtymän aiheuttamasta törmäyksestä johtuen avaimenreiän taka-asennossa sula metalli valuu hitsausaltaan pinnalla liian nopeasti ja irtoaa altaasta muodostaen roiskeviat.
Kuvan 8 numeerisista simulaatiotuloksista voidaan nähdä, että laserin ja kaaren yhteisvaikutuksissa sulan metallin lämpötila lähellä sulaaltaan keskustaa on korkeampi ja virtausnopeus nopeampi. Tämä saa sulan metallin kerääntymään kohti altaan keskustaa. Hitsin jäähtyessä molemmilla puolilla oleva sula metalli jatkaa liikkumista kohti keskialuetta Marangoni-voiman vaikutuksesta, mikä johtaa alileikkausvirheiden muodostumiseen hitsin molemmille puolille.
Kuten kuvasta 9 voidaan nähdä, kun filamenttien välinen etäisyys on liian suuri, kaaren esilämmitysvaikutus heikkenee, laserin lämmitysvaikutus avaimenreiän alaosassa vähenee ja reiän stabiilisuus heikkenee. Koska hitsin pohjalle ei siirretä riittävästi energiaa, avaimenreiän alaosa muuttuu epävakaaksi eikä voi pysyä jatkuvasti auki, mikä vaikeuttaa sisäisten kaasukuplien poistumista, mikä lopulta johtaa huokoisuusvirheisiin.
03 Yhteenveto ja Outlook
Tässä artikkelissa käytetään suuritehoista-laser-MAG-hybridihitsausta 12 mm paksulle AH36-teräkselle hitsin muodostumisen, pisaroiden siirtymisen ja sulan altaan virtauskäyttäytymisen tutkimiseen. Lisäksi käsitellään laserlankojen etäisyyden vaikutusta hitsausprosessiin ja hitsivirheiden muodostumismekanismia. Tärkeimmät johtopäätökset ovat seuraavat:(1) Kun laserin teho on 9,5 kW, langansyöttönopeus on 10 m/min, hitsausnopeus 1,8 m/min ja laserlankaväli on 4 mm, paras hitsin muodostus saavutetaan 0,28 mm:n hitsausvahvikkeella ja 5,02 mm:n huokoisen hitsin leveydellä, esim. Laserlankojen etäisyys vaikuttaa merkittävästi pisarasiirtymän muotoon (suihku + oikosulku{16}}siirtymä). Kun laserlankojen etäisyys kasvaa, oikosulku{18}}siirtymän taajuus ensin pienenee ja sitten kasvaa. Kun laserlankojen etäisyys on 0, 2, 4, 6 ja 8 mm, oikosulku{25}}siirtymätaajuus on 161 Hz, 124 Hz, 95 Hz, 116 Hz ja 138 Hz. Suihkusiirtymän taipumakulma pienenee lankavälin kasvaessa. Kun lankaväli on suurempi kuin 6 mm, lankaväli ei enää vaikuta taipumakulmaan, mikä on yhdenmukainen yhden MAG-hitsauksen kanssa.(3) Roiskeita muodostuu pääasiassa laser-avaimenreiän yläpuolelle ja sulan altaan takapuolelle. Oikosulun pisarasiirtymä saa aikaan nestemäisen metallisillan kaventumisen ja repeämisen, jolloin muodostuu useita pieniä metallipisaroita, joihin avaimenreiästä poistuva metallihöyry vaikuttaa edelleen, mikä johtaa roiskeisiin. Lisäksi sulaan altaaseen vaikuttavat höyrysuihku ja pisaramuutoksen iskuvoima, mikä lisää sulan metallin virtausnopeutta takapuolella. Kun sula metalli virtaa vinosti ylöspäin nopeudella 0,3 m/s, osa sulasta metallista erottuu altaasta muodostaen roiskeita.(4) Altavikojen muodostuminen liittyy läheisesti sulan altaan virtaukseen. Kaasun puhallusalueella ja avaimenreiän ympärillä oleva sula metalli virtaa jatkuvasti taaksepäin, jolloin altaan takaosa nousee ylös. Kun hitsausalue vähitellen jähmettyy, Marangoni-voiman alaisena sula metalli virtaa hitsin suhteellisen viileämmillä puolilla kohti kuumaa keskustaa jättäen riittävästi sulaa metallia hitsin kärkeen ja aiheuttaa alileikkausvirheitä.(5) Kun laserlankaväli on liian suuri, huokoisuutta esiintyy todennäköisesti hitsauksen sisällä. Laserin ja kaaren välinen kytkentävaikutus heikkenee merkittävästi, jolloin laser- ja kaarisula-allas lähes erottuvat toisistaan, mikä vähentää hitsin pohjalle siirtyvää energiaa. Tämä heikentää vakautta avaimenreiän pohjassa, mikä vaikeuttaa kuplien karkaamista sulasta altaasta, mikä lopulta muodostaa huokoisuusvirheitä hitsin jäähtyessä ja jähmettyessä.
