01 Paberi ülevaade
Lasertöötluse valdkonnas, eriti sügava läbitungivusega keevitamisel, põhjustavad traditsioonilised üksikud Gaussi talad, kuigi energiatihedus, sageli liiga kontsentreeritud energiajaotust, mis võib kergesti põhjustada defekte, nagu võtmeaugu ebastabiilsus, pritsmed ja poorsus. Nende probleemide lahendamiseks on akadeemiline ringkond teinud ettepaneku kasutada energia hajutamiseks Besseli kiirte või rõngakujuliste kiirte kasutamist, mille hulgas on tõestatud, et reguleeritava ringrežiimi (ARM) laserid stabiliseerivad tõhusalt sulabasseini ja vähendavad defekte. Siiski seisavad olemasolevad komposiittalade lahendused tavaliselt silmitsi selliste probleemidega nagu kõrge hind, fikseeritud fookuskaugus ja ruumilise energiajaotuse piiratud reguleeritavus. Näiteks tavapärased rõngaslaserid nõuavad sageli, et Gaussi ja rõngaskiir oleksid samal fookustasandil, mis ei suuda paksu plaadi keevitamisel vastata erinevatele fookusasenditele. Nendest piirangutest ülesaamiseks pakutakse selles uuringus välja uudne kiirte kujundamise meetod-Reguleeritava fookusega Gaussi-Ringrežiimi (AFGRM) laser. See meetod kasutab odavat-ühekordset vabakujulist peeglit, et teisendada standardne Gaussi laserallikas erineva fookuskauguse, reguleeritava võimsussuhte ja rõngaraadiusega komposiitkiireks, mille eesmärk on saavutada kõrge -kvaliteetne keevitamine nii sügava läbitungimisega kui ka väikeste defektidega.
02 Täisteksti ülevaade
Selles uuringus pakutakse välja uuenduslik kiirte kujundamise meetod, nimelt standardse Gaussi laserallika teisendamine reguleeritava -fookusega Gaussi-ringrežiimi (AFGRM) laseriks, millel on sõltumatult reguleeritav fookuskaugus, võimsussuhe ja rõngaraadius, kujundades kohandatud ühe vabakujulise pinnapeegli. Selle tehnikaga saavutatakse nutikalt kiire ruumiline eraldamine ja rekombinatsioon, võimaldades kesksel Gaussi kiirel läbitungimise suurendamiseks võtta negatiivse defookuse oleku, samal ajal kui välimine rõnga tala keskendub töödeldava detaili pinnale, et laiendada ja stabiliseerida sulabasseini. See lahendab tõhusalt traditsioonilise suure-võimsusega sügavkeevituskeevituse probleeme, kus kontsentreeritud energia võib põhjustada sulabasseini ebastabiilsust ja poorsuse defekte. 16 mm paksuste SUS304 roostevabast terasest plaatidega läbiviidud keevituskatsed näitasid, et võrreldes sama võimsusega tavapäraste Gaussi laseritega ei suurendanud optimaalse võimsussuhtega (8:2) AFGRM laser mitte ainult keevisõmbluse läbitungimist 37,0%, vaid ka vähendas poorsust 17,58%-lt, mis näitab selle tehnoloogia madalat hinda 0,2 usaldusväärne lahendus, omab suurt potentsiaali paksu plaadi sügavkeevituse kvaliteedi parandamiseks.
Diagrammi analüüsi joonisel 1 on näidatud kiire leviku simuleeritud tulemused pärast ühe vabakujulise peegli võimsussuhtega 8:4 kujundamist. See näitab, et üks vabakujuline peegel võib kujundada laseri tsentraalseks ja rõngakujuliseks kiireks ning saavutada levimise käigus eraldumisest rekombinatsioonini, moodustades fookuspiirkonnas selge energiajaotuse ja kontrollitavate proportsioonidega komposiitpunkti. See tulemus kinnitab selle valgusvihu kujundamise süsteemi tõhusust nii väikese täpi suuruse kui ka kesk{5}}--välise energia täpse juhtimise saavutamisel.
Joonis 1 Kiire leviku skemaatiline simulatsioon pärast kujundamist AFGRM-süsteemis: (a) Laseri üldine levimuster (b) Kiirmuster 297 mm juures: (b1)–(b2) Laseri võimsustiheduse jaotus ja 3D-kuva 297 mm juures. (c) Kiirmuster 300 mm kaugusel: (c1)–(c2) Laseri võimsustiheduse jaotus ja 3D-ekraan 300 mm kaugusel.
Joonisel 2 võrreldakse AFGRM-liittalaga ja tavapärase Gaussi talaga tehtud keevisõmbluste ristlõike morfoloogiat. Tulemused näitavad, et traditsiooniline Gaussi tala moodustab tüüpilise V-kujulise keevisõmbluse, mille läbitungimissügavus suureneb märkimisväärselt, kui koguvõimsus suureneb. Seevastu AFGRM-kiir tekitab stabiilse "T--kujulise" keevisõmbluse, mille läbitungimissügavus alguses suureneb ja seejärel stabiliseerub, kui rõngakujulise tala võimsus suureneb, saavutades maksimaalse läbitungimise võimsussuhtega 8:2. Need tulemused näitavad, et AFGRM-kiir suudab saavutada parema sügava läbitungimisega-keevituse, reguleerides sünergistlikult keevisõmbluse morfoloogiat ja läbitungimissügavust tsentraalse rõngakujulise energiamodulatsiooni kaudu.
Joonis 2 Tavapärase Gaussi laseri ja AFGRM laserkeevituse keevisõmbluse morfoloogia võrdlus
Joonis 3 näitab, et pikisuunaline ristlõike morfoloogia võib intuitiivselt kajastada keevisõmbluses olevate pooride jaotusomadusi. Võrreldes tavaliste Gaussi laseritega vähendavad AFGRM laserid märkimisväärselt pooride arvu keevisõmbluses samade Gaussi režiimi võimsuse ja koguvõimsuse tingimustes. Samal ajal näitab laseri võimsuse suurenemisega tavapärase Gaussi laserkeevituse pooride osakaal langustrendi, mis on peamiselt tingitud vedela metalli suurenenud voolust sulabasseinis. Rõngakujuliste laserite kasutuselevõtt pärsib veelgi pooride moodustumist, mis näitab, et neil on selge eelis sulabasseini dünaamika ja gaasi väljapääsu tingimuste parandamisel.
04 Järeldus
Selles uuringus töötati edukalt välja uudne kiire{0}}kujundamise meetod, mis põhineb ühel vabakujulisel peeglil, pakkudes tõhusa ja odava-lahenduse paksude plaatide laserkeevitamiseks. Peamised järeldused on järgmised: 1. Uuenduslik disain: AFGRM-laseri kontseptsioon pakuti välja ja valideeriti, saavutades Gaussi ja rõngakujuliste režiimide ruumilise eraldamise ning fookuskauguse sõltumatu reguleerimise ühe reflektori kaudu. 2. Toimivuse parandamine: 16 mm paksuse AFGR-i keevitamisel roostevaba terasega (8:2) täiustati spetsiaalset võimsussuhet AFGRM-laseriga (8:2). läbitungimissügavus 37,0% ja poorsus väheneb 98,6% võrreldes tavaliste laseritega, mis parandab oluliselt keevituskvaliteeti{11}} Kasutusväljavaated: see tehnoloogia ei lahenda mitte ainult sügavat läbitungimisvõimet ja kõrget kvaliteeti sügaval{12}}läbitungimiskeevitusel, vaid sellel on ka suur potentsiaal asendada kallist tootmist, kuna ARM-il on suur potentsiaal, kuna laserid on suhteliselt madalad. (30 kW) helkurit.
