01 Wprowadzenie do papieru
Obecnie niewiele uwagi poświęca się przyczynom, dla których odstęp drutów w spawaniu hybrydowym-łukiem laserowym powoduje powstawanie wad spawalniczych, zwłaszcza przy spawaniu grubych blach, gdzie niestabilność tworzenia się grubych blach jest większa i ryzyko wystąpienia wad spawalniczych jest większe. Aby lepiej zrozumieć wpływ rozstawu drutów na powstawanie defektów podczas hybrydowego spawania grubych blach, w tym badaniu wykorzystano laserowe spawanie hybrydowe drutem-z dużą-prędkością i dużą{{3}mocą- do spawania blach ze stali morskiej AH36 o grubości 12 mm. Do obserwacji przenoszenia kropel i przepływu stopionego jeziorka wykorzystano-szybką kamerę, a także przeprowadzono symulacje numeryczne w celu zbadania specyficznego zachowania przepływu stopionego jeziorka. Wyjaśnia to mechanizm, dzięki któremu odstęp między drutami wpływa na powstawanie defektów w-laserowym spawaniu hybrydowym drutem.
02 Przegląd papieru:
Laserowe-spawanie hybrydowe łukiem (LAHW) jako szeroko perspektywiczna metoda łączenia cieszy się dużym zainteresowaniem w przypadku połączeń grubych płyt w przemyśle stoczniowym. Jako jeden z najważniejszych parametrów spawania w hybrydowym spawaniu-łukiem laserowym, odstęp między wiązką lasera a łukiem może znacząco wpływać na efekt sprzęgania między laserem a łukiem, szczególnie w warunkach spawania laserowego o dużej-mocy i-z dużą prędkością. Dlatego badanie wpływu rozstawu belek na spawanie ma istotne znaczenie teoretyczne dla przyszłych badań i produkcji przemysłowej. W artykule wykorzystano-szybką fotografię procesu spawania do analizy wpływu rozstawu wiązek na przenoszenie kropli i stabilność przepływu jeziorka, a także połączono symulację numeryczną w celu zbadania mechanizmu powstawania defektów spawalniczych. Wyniki pokazują, że odpowiedni odstęp belek pozwala uzyskać-dobrze uformowane spoiny bez widocznych wad spawalniczych. Gdy odstęp wiązek jest zbyt mały, nadmierny efekt sprzężenia między laserem a łukiem prowadzi do niestabilnego przenoszenia kropli i przepływu jeziorka stopionego, co powoduje wady spawalnicze, takie jak odpryski i podcięcia. Gdy rozstaw belek jest zbyt duży, efekt sprzęgania dwóch źródeł ciepła ulega osłabieniu, zmniejsza się zbrojenie spoiny i mogą wystąpić defekty porowatości.
03 Analiza graficzna:
Z obrazów morfologii powierzchni spoiny i morfologii-przekroju poprzecznego przy różnych odstępach wiązek lasera (rysunek 1) można zauważyć, że tworzenie powierzchni spoiny różni się znacznie w zależności od rozstawu wiązek lasera, podczas gdy morfologia-przekroju poprzecznego spoin przy różnych rozstawach jest podobna, a wszystkie mają kształt kielicha. Gdy odstęp wiązek lasera wynosi 4 mm, nie ma widocznych wad spawalniczych, a spoina jest optymalna.
Jak widać na rysunku 2, w miarę stopniowego zwiększania odstępu między włóknami światłowodowymi od 0 mm do 8 mm częstotliwość przejść zwarciowych najpierw maleje, a następnie rośnie.
Jak widać na rysunku 3, gdy stosowane jest spawanie czystym MAG, w trybie przejścia strumienia kierunek przejścia strumienia przebiega wzdłuż linii opóźnionej końcówki drutu. Po dodaniu lasera do spawania hybrydowego kąt odchylenia przejścia strumienia zmienia się znacząco.
Z wykresu statystycznego na rysunku 5 widać, że częstotliwość-przejść zwarciowych początkowo maleje, a następnie rośnie. Wielkość kąta odchylenia przejścia strumienia stopniowo maleje wraz ze wzrostem odległości pomiędzy włóknami optycznymi od 0 mm do 4 mm. Gdy odstęp włókien dalej wzrasta do 6-8 mm, wpływ lasera na kąt odchylenia przejścia strumienia stopniowo zanika.
Jak widać na rysunku 6, część defektów rozpryskowych wynika z niestabilnych-przejść zwarciowych. W czasie T+5.9 ms mostek stopionego metalu ulega zjawisku „pęknięcia przewężenia”, w wyniku którego powstaje wiele drobnych odprysków.
Jak widać z rysunku 7, pod wpływem sił pary metalu wewnątrz dziurki od klucza oraz uderzenia spowodowanego przejściem kropli, w tylnym położeniu dziurki od klucza, roztopiony metal na powierzchni jeziorka przepływa zbyt szybko i oddziela się od jeziorka, tworząc defekty odpryskowe.
Z wyników symulacji numerycznej przedstawionych na rysunku 8 można zauważyć, że pod wpływem połączonego działania lasera i łuku temperatura stopionego metalu w pobliżu środka roztopionego jeziorka jest wyższa, a natężenie przepływu jest większe. Powoduje to gromadzenie się stopionego metalu w kierunku środka basenu. Gdy spoina ochładza się, roztopiony metal po obu stronach pod wpływem siły Marangoniego w dalszym ciągu przemieszcza się w kierunku środkowego obszaru, co powoduje powstawanie podcięć po obu stronach spoiny.
Jak widać na rysunku 9, gdy odstęp pomiędzy włóknami jest zbyt duży, efekt wstępnego nagrzewania łuku ulega osłabieniu, efekt nagrzewania lasera w dolnej części dziurki od klucza jest zmniejszony i pogarsza się stabilność otworu. Z powodu niewystarczającego przeniesienia energii na dno spoiny, dolna połowa dziurki od klucza staje się niestabilna i nie może pozostać stale otwarta, co utrudnia ucieczkę wewnętrznych pęcherzyków gazu, co ostatecznie prowadzi do defektów porowatości.
03 Podsumowanie i perspektywy
W tym artykule wykorzystano-laserowe-spawanie hybrydowe MAG o dużej mocy na stali AH36 o grubości 12 mm w celu zbadania powstawania spoin, przejścia kropel i zachowania płynięcia jeziorka. Następnie omówiono wpływ rozstawu drutów lasera na proces spawania oraz mechanizm powstawania wad spoin. Główne wnioski są następujące: (1) Przy mocy lasera wynoszącej 9,5 kW, prędkości podawania drutu 10 m/min, prędkości spawania 1,8 m/min i odstępie między drutami lasera 4 mm, najlepsze wykonanie spoiny uzyskuje się przy wzmocnieniu spoiny 0,28 mm i szerokości spoiny 5,02 mm, bez wad takich jak podcięcia, odpryski czy porowatość.(2) Rozstaw drutów lasera znacząco wpływa na postać przejścia kropli (strumień + przejście-zwarcia). Wraz ze wzrostem odstępu między drutami lasera częstotliwość-przejść zwarciowych najpierw maleje, a następnie rośnie. Gdy odstęp między drutami lasera wynosi 0, 2, 4, 6 i 8 mm, częstotliwość-przejść zwarciowych wynosi odpowiednio 161 Hz, 124 Hz, 95 Hz, 116 Hz i 138 Hz. Kąt odchylenia przejścia strumienia maleje wraz ze wzrostem odstępu między drutami. Gdy odstęp między drutami jest większy niż 6 mm, odstęp między drutami nie ma już wpływu na kąt odchylenia, co jest zgodne z przy spawaniu pojedynczym metodą MAG. (3) Odpryski powstają głównie nad dziurką od klucza lasera i na tylnej stronie jeziorka stopionego materiału. Krótkie-przejście kropelek powoduje zwężenie i rozerwanie mostka ciekłego metalu, tworząc wiele małych kropelek metalu, na które dodatkowo wpływają pary metalu wyrzucane z dziurki od klucza, co powoduje rozpryski. Dodatkowo na jeziorko stopionego wpływa smuga pary i siła uderzenia przejścia kropel, powodując wzrost prędkości przepływu roztopionego metalu po tylnej stronie. Kiedy roztopiony metal przepływa ukośnie w górę z prędkością 0,3 m/s, część roztopionego metalu oddziela się od jeziorka, tworząc odpryski.(4) Tworzenie się defektów podciętych jest ściśle związane z przepływem jeziorka. Stopiony metal w obszarze-przedmuchiwania gazem i wokół dziurki od klucza w sposób ciągły przepływa do tyłu, powodując unoszenie się tylnej strony basenu. W miarę jak obszar spoiny stopniowo krzepnie, pod wpływem siły Marangoniego, roztopiony metal ze stosunkowo chłodniejszych stron spoiny przepływa w kierunku gorącego środka, pozostawiając niewystarczającą ilość stopionego metalu na krawędzi spoiny i powodując defekty podcięcia. (5) Jeśli odstęp między drutami lasera jest zbyt duży, wewnątrz spoiny może pojawić się porowatość. Efekt sprzężenia pomiędzy laserem i łukiem jest znacznie osłabiony, co powoduje, że jeziorka stopionego lasera i łuku są prawie oddzielone, co zmniejsza energię przenoszoną na spód spoiny. Zmniejsza to stabilność dna dziurki od klucza, utrudniając ucieczkę pęcherzyków ze stopionego jeziorka, ostatecznie tworząc defekty porowatości w miarę stygnięcia i krzepnięcia spoiny.
