Исследование устойчивости динамического процесса лазерно-дуговой сварки композитов на основе переходного поведения капли расплава

Лазерно-дуговая сварка композитов
Профессор Пейлей Чжан из Школы материаловедения и инженерии Шанхайского университета инженерии и технологий (USET) вместе с учеными из Уорикского университета, Шанхайского университета Цзяо Тонг и Университета науки и технологий Цзянсу (JUST) опубликовали статья под названием «Состояние исследования стабильности в динамическом процессе лазерно-дуговой гибридной сварки» в журнале Coatings. Лазерно-дуговая гибридная сварка на основе режима переноса капель: обзор».
01 Введение
Лазерно-дуговая гибридная сварка использует как лазерный источник тепла, так и источник тепла электрической дуги в одной и той же зоне, а синергетический эффект двух источников тепла в одной и той же ванне расплава приводит к увеличению скорости сварки и глубины плавления, а также как увеличение способности преодолевать пробелы и стабильность процесса. В этой статье описывается текущий статус исследований технологии лазерно-дуговой сварки композитов с точки зрения поведения перехода капель, режима перехода капель и анализа силы капель. Путем систематической сортировки исследовательских работ и инженерных приложений систематически излагаются принцип работы, технические преимущества, инженерные применения и исследования динамической стабильности сварочного процесса лазерно-дуговой композитной сварки. Наконец, кратко изложены проблемы, стоящие перед технологией гибридной лазерно-дуговой сварки в будущем.
Лазерно-дуговая гибридная сварка
02 Обзор
В данной статье рассматриваются основные концепции и характеристики переходного поведения капель лазерно-дуговой сварки композитов, включая режим перехода капель и анализ силы капель. Особое внимание уделено взаимному физическому взаимодействию лазера и дуги и влиянию комбинированного лазерно-дугового источника тепла на стабильность сварного шва. Поведение перехода капли расплава предоставляет информацию о стабильности процесса сварки, характеристиках поведения дуги, эффективности плавления, характеристиках процесса, таких как сварочный дым и брызги, а также сварочно-металлургических характеристиках и т. д., которая характеризуется интуитивностью и наглядностью и становится незаменимый источник и способ получения информации в информационных технологиях сварки. В процессе лазерно-дуговой композитной сварки режим перехода капель металла в расплавленную ванну, размер капель, частота перехода и стабильность зависят от свойств сварочного материала, параметров сварки, защитного газа, энергии лазера, расстояния между световыми проводами и других факторов, а также в конечном итоге подвержен воздействию различных сил, таких как гравитация, электромагнитная сила, сила плазменного потока, поверхностное натяжение, сила паров металла и другие комплексные роли, как показано на рисунке 1.

Рис. 1. Принципиальная схема анализа силы капель при сварке композитных материалов.
Лазерно-дуговая гибридная сварка
03 Графический анализ
Расстояние между нитями накаливания является ключевым фактором, определяющим оптимальное соединение лазера и источника тепла дуги. Расстояние между нитями оказывает существенное влияние на глубину сварки, переходный режим капли и стабильность сварочного процесса. Исследователи обнаружили, что когда расстояние между нитями мало, дуга мешает стабильности замочной скважины, а на стабильность перехода капли сильно влияет лазер. Облучение лазерным лучом разбрызганных капель препятствует передаче энергии лазерного луча, что приводит к малой глубине сварного шва, как показано на рис. 2. Кроме того, увеличение расстояния между нитями привело к неравномерному движению расплавленного металла, что привело к разрушению замочной скважины, поскольку а также ранее затвердевший металл не позволяет центральному расплавленному металлу заполнить область примыкания сварного шва, что в конечном итоге приводит к образованию высечек.
Взаимное расположение лазерных и дуговых источников тепла в направлении сварки оказывает решающее влияние на лазерно-дуговую сварку композитов. Некоторые исследователи и ученые считают, что режим с лазерным наведением превосходит режим с дуговым наведением. Они считают, что режим с лазерным наведением обеспечивает более стабильный процесс сварки, лучшее формирование сварного шва, меньшее количество дефектов пористости и брызг, а также лучшее проплавление и более прочные сварные швы. Однако другие исследователи полагают, что режим с дуговым наведением превосходит режим с лазерным наведением. Они считают, что по сравнению с режимом с лазерным наведением UHP, режим с наведением дуги UHP создает стабильные характеристики дуги и течение ванны расплава, а угол между радиусом расплавленных капель и поверхностью сварного шва создает большую движущую силу, что способствует отделение расплавленных капель и повышает стабильность сварочного процесса за счет меньшего количества брызг и более стабильной формы сварного шва.
Важность защитного газа следует учитывать как при одиночной лазерной сварке, так и при электродуговой сварке. При лазерной сварке защитный газ является эффективным средством устранения эффектов плазменной защиты, повышения стабильности сварочного процесса и реализации сварки глубоким плавлением. При дуговой сварке защитный газ является ключевым фактором для обеспечения стабильного горения дуги и определения распределения теплового столба дуги и режима перехода расплавленной капли. Исследователи полагают, что добавление 30% гелия улучшает совокупный эффект лазера и дуги, а режим перехода капли расплава меняется с нестабильного перехода струи на стабильный переход струи, а также улучшает степень согласования перехода вращающейся струи и цикла импульса дуги с меньшими затратами. колебание формы волны дуги, лучшая форма сварного шва и меньшее количество дефектов сварки. Кроме того, исследователи полагают, что объемное содержание гелия для улучшения глубины провара сварного шва и подавления дефектов пористости должно составлять 50%. Эффективная плотность мощности лазера увеличивается с увеличением объемной доли гелия, что способствует увеличению глубины провара. Дефекты пористости сварного шва были эффективно подавлены, поскольку стабильность небольших отверстий была улучшена при использовании смеси Ar-He.
Поскольку добавление лазера к дуговой сварке вызывает изменения в морфологии дуги и морфологии ванны расплава, что приводит к изменениям силы дуги, электромагнитного поля и поверхностного натяжения ванны расплава, изменения этих факторов непосредственно приведут к изменению переходных характеристик сварочной ванны. расплавленная капля. Сочетая преимущества глубокого плавления при лазерной сварке и мостовой эффективности дуговой сварки, многие исследователи и ученые обратили внимание на переходное поведение расплавленных капель при лазерно-дуговой сварке композитов. Они полагают, что добавление лазера оказывает как стимулирующее, так и тормозящее воздействие на капельный переход. В режимах короткого замыкания и капельного перехода лазер способствует капельному переходу, а в режиме струйного перехода лазер препятствует капельному переходу. Величина и направление электромагнитных и плазменных сил, действующих на капли, имеют решающее значение для влияния на переходное поведение капель. Величина и направление электромагнитных и плазменных сил трансформируются за счет изменения распределения тока в расплавленной капле, что вызвано лазерно-индуцированной плазмой с низким потенциалом ионизации.

04 Заключение и перспективы
Лазерно-дуговая композитная сварка — это новый тип метода сварочной обработки, который объединяет два источника тепла с совершенно разными механизмами передачи энергии и физическими свойствами и одновременно действует в положении обработки, взаимодействии между различными источниками тепла и взаимодействии между источник тепла и заготовка, чтобы генерировать достаточно тепла для завершения процесса сварки. Являясь новым типом эффективного сварочного источника тепла, он может в полной мере реализовать соответствующие преимущества двух источников тепла, а также компенсировать их недостатки. Лазерная и плавящаяся электродная сварка в инертном газе/активном газе (MIG/MAG) является наиболее перспективным режимом сварки композитов, существует острая необходимость дальнейшего изучения физического механизма работы композитного источника тепла. Между тем, переходное поведение капли расплава также очень важно в процессе сварки композитов. Поведение перехода капли может предоставить точную информацию о процессе сварки и эффективно определить стабильность процесса сварки.
С постоянным развитием строительной техники толщина листов также увеличивается. Чтобы обеспечить стабильность сварки толстых листов, необходимо срезать фаски с толстых листов. Из-за сложности фаски толстой пластины в определенной степени ухудшается стабильность дуги в процессе сварки, что приводит к образованию дефектов сварки. В то же время образование дефектов тесно связано с переходным поведением капли расплава. При мощной лазерно-дуговой сварке композитов образование сварочных дефектов неизбежно. Оптимизация и прогресс технологии численного моделирования преодолевают ограничения анализа дефектов и обеспечивают прочную теоретическую основу для дальнейшего развития инновационных процессов. Из-за большого количества параметров процесса при лазерно-дуговой сварке композитов окно параметров процесса постоянно сужается для получения наилучшего формирования сварного шва, а изменение параметров процесса также оказывает большое влияние на переходные характеристики расплавленного металла. капелька. Таким образом, постоянное исследование параметров процесса имеет большое значение для режима перехода капли расплава при лазерно-дуговой сварке композитов.