01 Introduzione al documento
Attualmente, si presta poca attenzione ai motivi per cui la spaziatura dei fili nella saldatura ibrida laser-arco provoca difetti di saldatura, in particolare nella saldatura di piastre spesse, dove l'instabilità della formazione di piastre spesse è maggiore ed è più probabile che si verifichino difetti di saldatura. Per comprendere meglio l'influenza della spaziatura dei fili sulla formazione di difetti nella saldatura ibrida con piastre spesse, questo studio ha utilizzato una saldatura ibrida laser ad alta-velocità e-cavo ad alta potenza-per saldare piastre di acciaio marino AH36 spesse 12 mm. È stata utilizzata una-fotocamera ad alta velocità per osservare il trasferimento delle goccioline e il flusso della vasca fusa, inoltre sono state impiegate simulazioni numeriche per studiare il comportamento specifico del flusso della vasca fusa. Ciò chiarisce il meccanismo mediante il quale la spaziatura dei fili influisce sulla formazione di difetti nella saldatura ibrida laser a filo-.
02 Panoramica della carta:
La saldatura ibrida ad arco laser (LAHW), in quanto metodo di giunzione ampiamente promettente, ha attirato un'attenzione significativa nei giunti di piastre spesse della costruzione navale. Essendo uno dei parametri di saldatura più critici nella saldatura ibrida ad arco laser-, la spaziatura tra il raggio laser e l'arco può influenzare in modo significativo l'effetto di accoppiamento tra il laser e l'arco, soprattutto in condizioni di saldatura ad alta-potenza laser e ad alta-velocità. Pertanto, esplorare l’effetto della spaziatura dei raggi sulla saldatura ha un importante significato teorico per la ricerca futura e la produzione industriale. Questo articolo utilizza fotografie ad alta-velocità del processo di saldatura per analizzare l'impatto della spaziatura dei raggi sul trasferimento delle goccioline e sulla stabilità del flusso del bagno di fusione e combina la simulazione numerica per esaminare il meccanismo di formazione dei difetti di saldatura. I risultati mostrano che una spaziatura adeguata dei raggi può ottenere saldature ben-formate senza evidenti difetti di saldatura. Quando la spaziatura del raggio è troppo ravvicinata, l'eccessivo effetto di accoppiamento tra il laser e l'arco porta a un trasferimento instabile delle goccioline e a un flusso del bagno di fusione, con conseguenti difetti di saldatura come spruzzi e sottosquadri. Quando la spaziatura tra i raggi è troppo grande, l’effetto di accoppiamento delle due fonti di calore viene indebolito, il rinforzo della saldatura diminuisce e possono verificarsi difetti di porosità.
03 Analisi grafica:
Dalle immagini della morfologia della superficie della saldatura e della morfologia della sezione trasversale sotto diverse spaziature del raggio laser (Figura 1), si può vedere che la formazione della superficie della saldatura varia in modo significativo con diverse spaziature del raggio laser, mentre la morfologia della sezione trasversale delle saldature sotto diverse spaziature è simile e appaiono tutte a forma di calice. Quando la spaziatura del raggio laser è di 4 mm, non sono presenti difetti di saldatura evidenti e la formazione della saldatura è ottimale.
Come si può vedere dalla Figura 2, man mano che la spaziatura tra le fibre ottiche aumenta gradualmente da 0 mm a 8 mm, la frequenza delle transizioni di cortocircuito-prima diminuisce e poi aumenta.
Come si può vedere dalla Figura 3, quando si utilizza la saldatura MAG pura, nella modalità di transizione del getto, la direzione della transizione del getto è lungo la linea ritardata della punta del filo. Quando si aggiunge il laser per la saldatura ibrida, l'angolo di deflessione della transizione del getto cambia in modo significativo.
Dal grafico statistico nella Figura 5 si può vedere che la frequenza delle transizioni di cortocircuito-prima diminuisce e poi aumenta. L'entità dell'angolo di deflessione della transizione del getto diminuisce gradualmente all'aumentare della distanza tra le fibre ottiche da 0 mm a 4 mm. Quando la spaziatura delle fibre aumenta ulteriormente fino a 6-8 mm, l'effetto del laser sull'angolo di deflessione della transizione del getto scompare gradualmente.
Come si può vedere dalla Figura 6, parte dei difetti dovuti agli schizzi derivano da transizioni di cortocircuito-instabili. A T+5.9 ms, il ponte di metallo fuso subisce un fenomeno di "rottura del collo", formando numerosi schizzi fini.
Come si può vedere dalla Figura 7, a causa dell'influenza delle forze del vapore metallico all'interno del buco della serratura e dell'impatto causato dalla transizione delle goccioline, nella posizione posteriore del buco della serratura, il metallo fuso sulla superficie del bagno di saldatura scorre troppo velocemente e si stacca dal bagno, formando difetti di spruzzi.
Dai risultati della simulazione numerica nella Figura 8, si può vedere che sotto gli effetti combinati del laser e dell'arco, la temperatura del metallo fuso vicino al centro del bagno fuso è più alta e la portata è più veloce. Ciò fa sì che il metallo fuso si accumuli verso il centro della piscina. Quando la saldatura si raffredda, il metallo fuso su entrambi i lati continua a muoversi verso la regione centrale sotto l'influenza della forza di Marangoni, provocando la formazione di difetti di sottosquadro su entrambi i lati della saldatura.
Come si può vedere dalla Figura 9, quando la spaziatura tra i filamenti è troppo grande, l'effetto di preriscaldamento dell'arco viene indebolito, l'effetto di riscaldamento del laser sulla parte inferiore del buco della serratura viene ridotto e la stabilità del foro si deteriora. A causa dell'insufficiente energia trasferita al fondo della saldatura, la metà inferiore del buco della serratura diventa instabile e non può rimanere continuamente aperta, rendendo difficile la fuoriuscita delle bolle di gas interne, con conseguenti difetti di porosità.
03 Riepilogo e prospettive
Questo documento utilizza la saldatura ibrida MAG-laser-ad alta potenza su acciaio AH36 spesso 12 mm per studiare la formazione della saldatura, la transizione delle goccioline e il comportamento del flusso del bagno di fusione. Vengono inoltre discussi l'effetto della spaziatura del filo laser sul processo di saldatura e il meccanismo di formazione dei difetti di saldatura. Le conclusioni principali sono le seguenti:(1) Quando la potenza del laser è di 9,5 kW, la velocità di avanzamento del filo è di 10 m/min, la velocità di saldatura è di 1,8 m/min e la spaziatura del filo laser è di 4 mm, si ottiene la migliore formazione della saldatura, con un rinforzo di saldatura di 0,28 mm e una larghezza di saldatura di 5,02 mm, senza difetti quali sottosquadri, spruzzi o porosità.(2) La spaziatura del filo laser influisce in modo significativo sulla forma della transizione delle goccioline. (jet + transizione-circuito corto). All'aumentare della spaziatura del filo laser, la frequenza della transizione del cortocircuito-prima diminuisce e poi aumenta. Quando la spaziatura del filo laser è 0, 2, 4, 6 e 8 mm, la frequenza della transizione del cortocircuito-è rispettivamente 161 Hz, 124 Hz, 95 Hz, 116 Hz e 138 Hz. L'angolo di deflessione della transizione del getto diminuisce con l'aumentare della spaziatura del filo. Quando la spaziatura del filo è maggiore di 6 mm, l'angolo di deflessione non è più influenzato dalla spaziatura del filo, in linea con la saldatura MAG singola.(3) Gli spruzzi si formano principalmente sopra la serratura del laser e sul lato posteriore del bagno di fusione. La transizione delle goccioline a corto-circuito induce strizione e rottura del ponte di metallo liquido, formando più piccole goccioline metalliche, che vengono ulteriormente influenzate dal vapore metallico espulso dal buco della serratura, con conseguenti schizzi. Inoltre, il bagno di fusione è influenzato dal pennacchio di vapore e dalla forza di impatto della transizione delle goccioline, provocando un aumento della velocità del flusso del metallo fuso sul lato posteriore. Quando il metallo fuso scorre diagonalmente verso l'alto ad una velocità di 0,3 m/s, parte del metallo fuso si separa dal bagno di fusione, formando spruzzi.(4) La formazione di difetti di sottosquadro è strettamente correlata al flusso del bagno di fusione. Il metallo fuso nell'area del flusso di gas-e attorno al buco della serratura scorre continuamente all'indietro, provocando il sollevamento del lato posteriore della piscina. Man mano che l'area di saldatura si solidifica gradualmente, sotto la forza di Marangoni, il metallo fuso sui lati relativamente più freddi della saldatura scorre verso il centro caldo, lasciando una quantità insufficiente di metallo fuso sulla punta della saldatura e provocando difetti di sottosquadro.(5) Quando la spaziatura del filo laser è eccessiva, è probabile che si formi porosità all'interno della saldatura. L'effetto di accoppiamento tra laser e arco è notevolmente indebolito, facendo sì che i bacini fusi del laser e dell'arco siano quasi separati, riducendo l'energia trasmessa al fondo della saldatura. Ciò diminuisce la stabilità sul fondo del buco della serratura, rendendo difficile la fuoriuscita delle bolle dal bagno di fusione, formando infine difetti di porosità quando la saldatura si raffredda e si solidifica.
