Истраживачи су користили моћне рендгенске зраке да би добили слике високе резолуције процеса АРМ ласерског заваривања, дубље ући у процес заваривања како би развили боље процесе.
Инжењери у Цохерент'с Апплицатионс Лаб, уз помоћ рендгенских зрака, ближе су погледали процес ласерског заваривања влакана.
Шта се дешава испод површине ласерског заваривања?
У прошлости, истраживачи су опсежно проучавали процес ласерског заваривања помоћу конвенционалног видео записа велике брзине. Брзи видео пружа референцу за проучавање динамике базена растопљеног метала и паре (који се називају „прекознице“) створених током процеса заваривања.
Обично се камера поставља преко дела да би забележила шта се дешава на површини завара из перспективе одозго надоле. Међутим, унутар мале рупе се дешава много више него што се може видети са врха.
Како заиста можете разумети промене које се дешавају унутар дела? Људи су то радили у прошлости са рендгенским снимцима. Али ови видео снимци никада нису пружили довољно детаља јер извор рендгенских зрака није био довољно моћан.
У истраживачкој сарадњи између тима за производну технологију на Техничком универзитету у Илменауу, Немачка, и Лабораторије за кохерентну примену у Хамбургу, замислили су да користе извор рендгенских зрака који је моћнији него икада раније да виде промене које се дешавају унутар дела. проласком директно кроз чврсти метал. Ово омогућава да се слике процеса заваривања високе резолуције посматрају са стране, што омогућава да се види тачан облик и развој малих рупа током процеса заваривања.
Побољшање перформанси АРМ фибер ласерског заваривања
Тим је користио овај приступ за проучавање рада кохерентног подесивог аннулар Моде фибер ласера (ФЛ-АРМ), који је дао невероватне резултате - заваривање челика високе чврстоће без пукотина, заваривање алуминијума без жице за пуњење и успешно заваривање бакра. Ово је у великој мери било због способности АРМ ласера да прецизно контролише загревање и хлађење дела током процеса заваривања; међутим, нисмо у потпуности разумели како се то догодило и нијансе сваког корака.
Тим је проучавао процес заваривања ласера са влакнима у заваривању бакра, алуминијума и других веома танких, термички осетљивих плоча које је теже заварити. Они су дубље погледали како сви ови процеси функционишу тако што су визуализовали процес заваривања, открили динамику малих рупа и разумели ефекат различитих расподела снаге АРМ ласера на формирање прскања током заваривања бакарних материјала. Крајњи циљ истраживања је побољшање резултата заваривања и развој поузданијих метода производње.
Европски уређаји за синхротронско зрачење
Постоји само неколико уређаја на свету који могу да произведу довољно моћне рендгенске зраке да изведу врсту слике која је потребна тиму. Један од најпознатијих извора моћних рендгенских зрака је Европски центар за синхротронско зрачење Ектремели Бригхт Соурце (ЕСРФ-ЕБС) у Греноблу, Француска, који је специјализован за пружање услуга истраживачима у различитим пољима као што су здравље, чиста енергија, наука о материјалима, уметности и антропологије, а који је чак коришћен за проучавање кошница и 119-милиона година старих фосила риба.
Сам синхротрон је цев са обимом од 844 метра и веома високим унутрашњим вакуумом. Електрони га окружују и убрзавају се скоро до брзине светлости. Магнети око прстена се користе да проузрокују да електрони брзо промене правац кретања, а када се то догоди, електрони емитују неуобичајено високо-енергетске рендгенске зраке.
Ови рендгенски зраци се затим усмеравају надоле у једну или више од 44 различита "снопа". Ови снопови се налазе у лабораторијама и инструментима у којима се одвија само истраживање.
Слика 1: Инжењери у Лабораторији за кохерентне апликације користили су веома моћне рендгенске зраке да би добили приказ попречног пресека високе резолуције процеса АРМ ласерског заваривања у Европском постројењу за синхротронско зрачење.
Тим Цохерент Апплицатионс Лаб-а саставио је инсталацију за заваривање која је укључивала 8кВ ХигхЛигхт ФЛ-АРМ ласер са влакнима. Мала група истраживача из тима за производну технологију на Техничком универзитету у Илменауу изградила је механизам за аутоматско држање и померање делова током процеса заваривања, као и фокусну оптику и помоћни систем за испоруку гаса.
Сва ова опрема је доведена у ЕСРФ и смештена у једну од снопова у "експерименталној комори" (просторија у потпуности обложена чврстим оловним штитом дебљине 75 мм). Истраживачи су седели безбедно у другој просторији на некој удаљености и изводили компјутерски контролисано лемљење док су уређај излагали рендгенским зрацима. Систем камера који претвара рендгенске зраке у видљиву светлост бележи радњу заваривања брзином од 50,000 кадрова у секунди. Тим је извршио стотине појединачних тестова заваривања на различитим металима, укључујући нерђајући челик, бакар и алуминијум.
Које информације је пружио овај процес? То је 14 терабајта података за анализу и биће потребно неко време да се у потпуности одговори на то питање. Али као што смо видели, у тестовима заваривања бакарних сабирница, видео јасно показује да: са правилном дистрибуцијом снаге (приближно једнака снага у средишњој греди и прстенастом снопу), мале рупе се понашају стабилно и нема сужења на дну од малих рупа; насупрот томе, када је снага централне тачке превисока, капиларе се сужавају на дну, што доводи до прскања и стварања ваздушних рупа; и ако је снага прстена превисока, растопљени материјал се прелива у мале рупе, изненада испарава и доводи до избацивања материјала.
Поред тога, тим је истраживао ефекат заштитног гаса на формирање капиларне цеви, а ови налази пружају дубљи увид у заваривање профила.
Даља анализа података ће помоћи да се боље и прецизније разуме како односи снага између централних и прстенастих греда утичу на резултате различитих процеса заваривања. Ово знање ће помоћи Цохерент Апплицатион Лабс да развију робусније и конзистентније формулације процеса заваривања, пружајући купцима боље и још брже заваре.
