Студија стабилности динамичког процеса заваривања композита са ласерским луком на основу прелазног понашања капљице талине

Ласерско-лучно композитно заваривање
Професор Пеилеи Зханг са Факултета за науку о материјалима и инжењеринг на Универзитету у Шангају за инжењерство и технологију (УСЕТ), заједно са научницима са Универзитета Варвицк, Шангај Јиао Тонг универзитета и Јиангсу Универзитета науке и технологије (ЈУСТ), објавили су рад под називом "Статус истраживања стабилности у динамичком процесу ласерско-лучног хибридног заваривања" у часопису Цоатингс. Ласерско-лучно хибридно заваривање засновано на понашању преноса капљица: преглед”.
01 Увод
Ласерско-лучно хибридно заваривање користи и ласерски извор топлоте и извор топлоте електричног лука у истом региону, а синергистички ефекат два извора топлоте у истом растопљеном базену резултира повећањем брзине заваривања и дубине фузије, као и као повећање способности премошћавања јаза и стабилности процеса. Овај чланак описује тренутни статус истраживања технологије ласерско-лучног композитног заваривања у смислу понашања прелаза капљица, режима прелаза капљица и анализе силе капљице. Систематским разврставањем истраживачких радова и инжењерских апликација систематски се оцртавају принцип рада, техничке предности, инжењерске примене и студије стабилности динамичког процеса заваривања ласерско-лучног композитног заваривања. На крају, сумирани су проблеми са којима се суочава будућност хибридне технологије ласерско-лучног заваривања.
Хибридно заваривање ласерским луком
02 Преглед
Овај рад даје преглед основних појмова и карактеристика прелазног понашања капљица композитног заваривања ласер-лука, укључујући режим прелаза капљица и анализу силе капљице. Акценат је стављен на међусобну физичку интеракцију између ласера ​​и лука и утицај комбинованог извора топлоте ласер-лук на стабилност шава. Понашање транзиције пада талине пружа информације о стабилности процеса заваривања, карактеристикама понашања лука, ефикасности топљења, карактеристикама процеса као што су дим и прскање заваривања, металуршке карактеристике заваривања итд., које карактерише интуитивност и видљивост, и постаје незаменљив извор и начин стицања информација у информационој технологији заваривања. У процесу ласерско-лучног композитног заваривања, капљице метала у прелазни режим растопљеног базена, величина капљице, фреквенција прелаза и стабилност зависе од својстава материјала за заваривање, параметара заваривања, заштитног гаса, енергије ласера, размака светлосних жица и других фактора, и на крају подложан разним силама као што су гравитација, електромагнетна сила, сила струјања плазме, површински напон, сила металне паре и друге интегрисане улоге, као што је приказано на слици 1.

Слика 1 шематски дијаграм анализе силе капљица композитног заваривања
Хибридно заваривање ласерским луком
03 Графичка анализа
Размак између филамената је кључни фактор у одређивању да ли су ласерски и лучни извор топлоте оптимално спојени. Размак филамента има значајан утицај на дубину фузије, прелазни режим капљице и стабилност процеса заваривања. Истраживачи су открили да када је размак између филамената мали, лук омета стабилност кључаонице, а на стабилност прелаза пада у великој мери утиче ласер. Зрачење ласерског зрака на прскане капљице омета енергију ласерског зрака, што резултира малом дубином завара као што је приказано на слици 2. Поред тога, повећање размака између филамената је довело до неправилног кретања растопљеног метала што је довело до колапса кључаонице, као што је као и претходно очврснути метал који спречава да средишњи растопљени метал попуни подручје врха завара, што на крају доводи до дефекта грицкања.
Релативни положај ласерског и лучног извора топлоте у правцу заваривања има пресудан утицај на ласерско-лучно композитно заваривање. Неки истраживачи и научници верују да је ласерски вођени режим супериорнији од режима вођеног луком. Они верују да ласерски вођени режим резултира стабилнијим процесом заваривања, бољим формирањем завара, мање порозности и прскања, и бољим продором и јачим завареним спојевима. Међутим, други истраживачи верују да је лучно вођени режим супериорнији у односу на ласерски вођени режим. Они верују да у поређењу са УХП ласерски вођеним режимом, УХП режим вођеним луком ствара стабилне карактеристике лука и проток базена растопљене, а угао између радијуса растопљених капљица и површине завара ствара већу покретачку силу, која промовише одвајање растопљених капљица и побољшава стабилност процеса заваривања, са мање прскања завара и стабилнијим обликовањем завара.
Важност заштитног гаса треба узети у обзир и за једноструко ласерско заваривање и за електролучно заваривање. У ласерском заваривању, заштитни гас је ефикасно средство за елиминисање ефеката заштите од плазме, побољшање стабилности процеса заваривања и остваривање заваривања дубоком фузијом. У електролучном заваривању, заштитни гас је кључни фактор за остваривање стабилног сагоревања лука и одређивање дистрибуције топлотне колоне лука и режима прелаза растопљене капљице. Истраживачи верују да додавање 30% Хе побољшава комбиновани ефекат ласера ​​и лука, а режим транзиције пада топљења се мења од нестабилног прелаза млаза до стабилног прелаза млаза, и побољшава степен подударања прелаза ротирајућег млаза и циклуса пулсног лука, са мање флуктуација таласног облика лука, боље обликовање завареног шава и мање дефеката у заваривању. Поред тога, истраживачи верују да запремински проценат Хе за побољшање дубине фузије и спречавање порозних дефеката треба да буде 50%. Ефективна густина снаге ласера ​​се повећава са повећањем запреминског процента Хе, што доприноси повећању дубине фузије шава. Дефекти порозности завара су ефикасно потиснути јер је стабилност малих рупа побољшана коришћењем мешавине Ар-Хе.
С обзиром да додавање ласера ​​у електролучно заваривање изазива промене у морфологији лука и морфологији растопљеног базена, што доводи до промена у сили лука, електромагнетном пољу и површинском напону растопљеног базена, промене ових фактора ће директно довести до промена у транзиционим карактеристикама растопљена капљица. Комбинујући предности дубоког топљења ласерског заваривања и перформанси премошћавања електролучног заваривања, многи истраживачи и научници су обратили пажњу на прелазно понашање растопљених капљица у ласерско-лучном композитном заваривању. Они верују да додавање ласера ​​има и промотивне и инхибирајуће ефекте на прелаз капљица. У режимима кратког споја и транзиције пада, ласер промовише прелаз пада, док ласер омета прелаз пада у режиму млазног прелаза. Величина и смер електромагнетних и плазма сила које делују на капљице су критичне за утицај на понашање прелаза капљица. Величина и смер електромагнетних и плазма сила се трансформишу услед промене дистрибуције струје у растопљеној капљици, што је узроковано ласером индукованом плазмом са ниским потенцијалом јонизације.

04 Закључак и изгледи
Ласерско-лучно композитно заваривање је нова врста методе обраде заваривања, која комбинује два извора топлоте са потпуно различитим механизмима преноса енергије и физичким својствима, а истовремено делује у позицији обраде, интеракцији између различитих извора топлоте и интеракцији између извор топлоте и радни предмет да генеришу довољно топлоте за завршетак процеса заваривања. Као нова врста ефикасног извора топлоте за заваривање, може дати пуну улогу у предностима два извора топлоте, али и да надокнади њихове недостатке. Ласерско заваривање са електродама за топљење инертним гасом / активним гасом (МИГ / МАГ) је најперспективнији начин композитног заваривања, постоји хитна потреба за даљим проучавањем физичког механизма композитног извора топлоте. У међувремену, понашање транзиције пада растопљеног је такође веома важно у процесу композитног заваривања. Понашање прелаза капљица може пружити тачне информације за процес заваривања и ефикасно одредити стабилност процеса заваривања.
Са континуираним развојем грађевинских машина повећава се и дебљина плоча. Да би се задовољила стабилност заваривања дебелих плоча, одвајање дебелих плоча је од суштинског значаја. Због сложености косине дебеле плоче, стабилност лука у процесу заваривања такође је у одређеној мери погођена, што резултира стварањем дефеката заваривања. Истовремено, генерисање дефеката је уско повезано са транзиционим понашањем капљице растопа. Код ласерско-лучног композитног заваривања велике снаге, стварање дефеката заваривања је неизбежно. Оптимизација и напредак технологије нумеричке симулације пробија се кроз ограничења анализе дефеката и пружа чврсту теоријску основу за даљи развој иновативних процеса. Због великог броја процесних параметара код ласерско-лучног композитног заваривања, прозор параметара процеса се константно сужава како би се постигло што боље формирање шава, а варирање параметара процеса такође има велики утицај на прелазне карактеристике растопљеног. капљица. Због тога је континуирано истраживање параметара процеса од великог значаја за ласерско-лучно заваривање композитног заваривања у режиму пада растапања.