01Introduzione al documento
Le leghe di alluminio, a causa della loro elevata riflettività e conduttività termica, tendono a produrre spruzzi nella saldatura laser tradizionale a causa dell'eccessiva densità di energia e delle serrature instabili, che influiscono sulla qualità della saldatura e sulle prestazioni dei componenti. Questo studio indaga il meccanismo attraverso esperimenti (impostando diverse potenze laser totali, rapporti di potenza nucleo/anello e velocità di saldatura, osservando pennacchi di vapore e dinamiche di spruzzi con una fotocamera ad alta-velocità e analizzando la morfologia della saldatura con un microscopio a ultra-profondità-di-campo) e simulazioni numeriche accoppiate multifisiche transitorie tridimensionali. Rivela che il laser anulare preriscalda il bordo anteriore della piscina fusa, riducendo le fluttuazioni nell’assorbimento del laser e stabilizzando l’espulsione del pennacchio di vapore per sopprimere gli spruzzi. Inoltre, è stato stabilito un modello quantitativo che collega la temperatura di preriscaldamento alla potenza totale, al rapporto di potenza dell'anello e alla velocità di saldatura, suggerendo che la temperatura di preriscaldamento dovrebbe rientrare nell'intervallo tra i punti di fusione e di ebollizione del materiale di base. Lo studio deriva criteri per selezionare parametri di processo privi di spruzzi-e gli esperimenti confermano che gli spruzzi sono significativamente ridotti all'interno di questo intervallo di parametri, fornendo indicazioni teoriche e strategie di applicazione industriale per la saldatura laser di alta-qualità di leghe altamente riflettenti.
02Riepilogo
Questo articolo si basa su un metodo che combina esperimenti e simulazioni numeriche accoppiate di tipo multifisico transitorio tridimensionale. L'esperimento ha preso di mira 6061 piastre in lega di alluminio, impostando sei rapporti di potenza nucleo/anello (da 10:0 a 0:10), tre velocità di saldatura (40 mm/s, 60 mm/s, 80 mm/s) e una potenza laser totale fissa (6000 W). Sono state utilizzate telecamere ad alta-velocità per osservare pennacchi di vapore e spruzzi, microscopi a ultra-profondità-di-campo per analizzare la morfologia delle saldature ed è stato progettato un esperimento comparativo con alimentazione centrale fissa. La simulazione numerica ha utilizzato un modello CFD per simulare il flusso di calore del pool di fusione, l'assorbimento del laser e altri processi fisici. Gli esperimenti hanno rilevato che maggiore è la percentuale di potenza del laser anulare, più uniforme è la superficie di saldatura (la differenza tra picco-e-valle si riduce da 1,40 mm a 0,41 mm) e la frequenza degli spruzzi diminuisce del 65%. Ha inoltre rivelato che il laser ad anello preriscalda la parte anteriore della vasca di fusione, restringe l’intervallo di fluttuazione dell’assorbimento del laser e stabilizza il pennacchio di vapore, che sopprime gli spruzzi. Infine, è stato stabilito un modello quantitativo della temperatura di preriscaldamento e dei parametri di processo, suggerendo che la temperatura di preriscaldamento dovrebbe essere compresa tra il punto di fusione del materiale di base e il punto di ebollizione. Sono stati derivati e verificati parametri di processo senza spruzzi-, fornendo una guida teorica per la saldatura laser senza spruzzi-delle leghe di alluminio.
03 Analisi di immagini e testi
La Figura 1 contiene due informazioni fondamentali: in primo luogo, la Figura 1(a) presenta la configurazione hardware principale della saldatura laser in modalità ad anello- regolabile, comprese le posizioni e le connessioni di componenti come il dispositivo laser a fibra programmabile CFX-8000, il robot, la testa di elaborazione laser e la telecamera ad alta-velocità, chiarendo la logica operativa della configurazione sperimentale e fornendo la base hardware per le successive impostazioni dei parametri sperimentali e le osservazioni di spruzzi e pennacchi di vapore, garantendo la standardizzazione delle operazioni e dei dati sperimentali raccolta; in secondo luogo, la Figura 1(b) visualizza i processi fisici chiave nella saldatura laser, come il cambiamento di fase, l'assorbimento del laser e la dinamica del vapore, costruendo una struttura fisica per l'interazione tra il laser e i materiali, fornendo una base teorica per simulazioni numeriche tridimensionali transitorie multi-fisiche accoppiate a campi e aiutando a comprendere i meccanismi sottostanti alla formazione di spruzzi.
04Conclusione
Questo studio si concentra sul problema degli spruzzi nella saldatura laser anulare regolabile di leghe di alluminio. Attraverso esperimenti (impostazione di diversi rapporti di potenza nucleo/anello, velocità di saldatura, combinati con l'osservazione tramite-telecamere ad alta velocità e microscopi a profondità-di{3}}campo estesa) e simulazioni numeriche multifisiche transitorie tridimensionali accoppiate, il meccanismo mediante il quale i laser anulari sopprimono gli spruzzi-preriscaldando il bordo anteriore del bagno di fusione, restringendo le fluttuazioni nell'assorbimento del laser e stabilizzando il vapore il pennacchio-è stato rivelato. È stato stabilito un modello quantitativo che mette in relazione la temperatura di preriscaldamento con i parametri di processo, proponendo che la temperatura di preriscaldamento dovrebbe essere compresa tra il punto di fusione e il punto di ebollizione del materiale di base. Non sono stati derivati e verificati sperimentalmente alcun-criterio relativo ai parametri del processo relativo agli spruzzi, chiarendo l'intervallo di selezione dei parametri per la saldatura senza spruzzi-delle leghe di alluminio. Ciò può guidare le industrie che fanno affidamento su componenti leggeri in alluminio, come la produzione automobilistica, ad affrontare i problemi comuni di spruzzi elevati e scarsa qualità della saldatura nella saldatura laser convenzionale, promuovendo lo sviluppo di applicazioni industriali di alta-qualità e altamente stabili della saldatura laser delle leghe di alluminio.
