01 Paber Sissejuhatus
Praegu pööratakse vähe tähelepanu põhjustele, miks traadi vahekaugus laser-hübriidkaarkeevitusel põhjustab keevitusdefekte, eriti paksu plaadi keevitamisel, kus paksude plaatide moodustumise ebastabiilsus on suurem ja keevitusdefektide tekkimise tõenäosus on suurem. Et paremini mõista traadi vahekauguse mõju defektide tekkele paksuplaadiga hübriidkeevitusel, kasutati selles uuringus 12 mm paksuste AH36 mereterasest plaatide keevitamiseks suure-kiire-võimsusega traat-laserhübriidkeevitust. Piiskade ülekande ja sulavee voolu jälgimiseks kasutati kiiret kaamerat ning sulakogumi spetsiifilise voolukäitumise uurimiseks kasutati numbrilisi simulatsioone. See selgitab mehhanismi, mille abil traadi vahemaa mõjutab defektide teket traat{10}}laserhübriidkeevitusel.
02 Paberi ülevaade:
Laser-kaarhübriidkeevitus (LAHW) kui laialdaselt perspektiivne liitmismeetod on pälvinud märkimisväärset tähelepanu laevaehituse paksude plaatide liigendites. Laser-hübriidkaarega keevitamise ühe kriitiliseima keevitusparameetrina võib laserkiire ja kaare vaheline kaugus märkimisväärselt mõjutada laseri ja kaare vahelist ühendusefekti, eriti suure-võimsusega laseri ja suure{4}}kiirusega keevitamise tingimustes. Seetõttu on talade vahekauguse mõju uurimine keevitamisel oluline teoreetiline tähtsus tulevaste uuringute ja tööstusliku tootmise jaoks. Selles artiklis kasutatakse kiiret{7}}keevitusprotsessi fotograafiat, et analüüsida kiirte vahekauguse mõju tilkade ülekandele ja sulabasseini voolu stabiilsusele, ning kombineeritakse arvulist simulatsiooni, et uurida keevitusdefektide tekkemehhanismi. Tulemused näitavad, et sobiva talade vahega on võimalik saavutada hästi-vormitud keevisõmblused ilma ilmsete keevitusdefektideta. Kui kiirete vahekaugus on liiga väike, põhjustab laseri ja kaare vaheline liigne ühendusefekt ebastabiilse tilkade ülekandumise ja sulabasseini voolu, mille tulemuseks on keevitusdefektid, nagu pritsmed ja allalõige. Kui talade vahekaugus on liiga suur, nõrgeneb kahe soojusallika ühendusefekt, keevisõmbluse tugevdus väheneb ja võivad tekkida poorsusdefektid.
03 Graafiline analüüs:
Kujutistelt keevisõmbluse pinna morfoloogiast ja ristlõike morfoloogiast- erinevate laserkiirte vahemaade korral (joonis 1) on näha, et keevispinna moodustumine varieerub märkimisväärselt erinevate laserkiirte vahekauguste korral, samas kui keevisõmbluste ristlõike morfoloogia erinevate vahekauguste all on sarnane, kõik näivad pokaalid. Kui laserkiire vahekaugus on 4 mm, ei esine ilmseid keevitusvigu ja keevisõmbluse moodustumine on optimaalne.
Nagu on näha jooniselt 2, kui optiliste kiudude vaheline kaugus suureneb järk-järgult 0 mm-lt 8 mm-ni, siis lühise -üleminekute sagedus esmalt väheneb ja seejärel suureneb.
Nagu on näha jooniselt 3, on puhta MAG-keevituse kasutamisel joa ülemineku režiimis joa ülemineku suund piki traadi otsa viivitusjoont. Kui hübriidkeevitusel lisatakse laser, muutub juga ülemineku läbipaindenurk oluliselt.
Joonisel 5 olevalt statistiliselt diagrammilt on näha, et lühise{1}}üleminekute sagedus alguses väheneb ja seejärel suureneb. Joa ülemineku läbipaindenurga suurus väheneb järk-järgult, kui optiliste kiudude vaheline kaugus suureneb 0 mm-lt 4 mm-ni. Kui kiudude vahekaugus suureneb veelgi 6-8 mm-ni, kaob laseri mõju joa ülemineku läbipaindenurgale järk-järgult.
Nagu on näha jooniselt 6, tekivad osa pritsmete defektidest ebastabiilsetest lühise{1}üleminekutest. Kell T+5.9 ms toimub sulametallist sild "kaela rebenemise" nähtus, moodustades palju peeneid pritsmeid.
Nagu on näha jooniselt 7, voolab lukuaugu tagumises asendis võtmeaugu sees olevate metalliauru jõudude mõjul ja tilkade üleminekust põhjustatud löögi tõttu keevisvanni pinnal olev sulametall liiga kiiresti ja eraldub basseinist, moodustades pritsmedefekte.
Joonisel 8 kujutatud arvsimulatsiooni tulemustest on näha, et laseri ja kaare koosmõjul on sulametalli temperatuur sulabasseini keskpunkti lähedal kõrgem ja voolukiirus kiirem. See põhjustab sulametalli kogunemist basseini keskpunkti poole. Kui keevisõmblus jahtub, jätkab mõlemal küljel olev sulametall Marangoni jõu mõjul liikumist keskmise piirkonna poole, mille tulemusena tekivad keevisõmbluse mõlemal küljel allalõigatud defektid.
Nagu on näha jooniselt 9, kui hõõgniitide vaheline kaugus on liiga suur, nõrgeneb kaare eelsoojendusefekt, väheneb laseri soojendusefekt võtmeaugu alumises osas ja augu stabiilsus halveneb. Kuna keevisõmbluse põhja ei kanta piisavalt energiat, muutub võtmeaugu alumine pool ebastabiilseks ja ei saa jääda pidevalt avatuks, mistõttu on sisemiste gaasimullide väljumine raskendatud, mille tulemuseks on poorsusdefektid.
03 Kokkuvõte ja väljavaade
Selles artiklis kasutatakse suure -võimsusega laser-MAG-hübriidkeevitust 12 mm paksusel AH36 terasel, et uurida keevisõmbluse moodustumist, tilkade üleminekut ja sulavee voolu käitumist. Lisaks käsitletakse lasertraadi vahekauguse mõju keevitusprotsessile ja keevisdefektide tekkemehhanismi. Peamised järeldused on järgmised: (1) Kui laseri võimsus on 9,5 kW, traadi etteandekiirus on 10 m/min, keevituskiirus 1,8 m/min ja lasertraadi vahekaugus on 4 mm, saavutatakse parim keevisõmbluse moodustumine keevisõmbluse tugevdusega 0,28 mm ja keevisõmbluse laiusega 5,02 mm, näiteks defektideta. Laserjuhtmete vahekaugus mõjutab märkimisväärselt tilkade ülemineku vormi (juga + lühise{16}}üleminek). Laserjuhtmete vahekauguse suurenedes{18}}lühise ülemineku sagedus esmalt väheneb ja seejärel suureneb. Kui laserjuhtmete vahekaugus on 0, 2, 4, 6 ja 8 mm, on lühise{25}}ülemineku sagedus vastavalt 161 Hz, 124 Hz, 95 Hz, 116 Hz ja 138 Hz. Joa ülemineku läbipaindenurk väheneb traadi vahe suurenedes. Kui traadi vahe on suurem kui 6 mm, ei mõjuta traadi vahe enam paindenurka, mis on kooskõlas ühekordse MAG-keevitusega.(3) Pritsmed tekivad peamiselt laseri võtmeaugu kohal ja sulabasseini tagaküljel. Lühis-piiskade üleminek kutsub esile vedela metallsilla kaela ja purunemise, moodustades mitu väikest metallipiisku, mida mõjutavad veelgi võtmeaugust väljuv metalliaur, mille tulemuseks on pritsmed. Lisaks mõjutab sulabasseini auruvool ja tilkade ülemineku löögijõud, mis põhjustab sulametalli voolukiiruse suurenemist tagaküljel. Kui sulametall voolab diagonaalselt ülespoole kiirusega 0,3 m/s, siis osa sulametallist eraldub basseinist, moodustades pritsmeid.(4) Alusdefektide teke on tihedalt seotud sulabasseini vooluga. Gaasi puhumisalal ja võtmeaugu ümber olev sulametall voolab pidevalt tagasi, põhjustades basseini tagumise külje kerkimise. Kui keevisõmblusala järk-järgult tahkub, voolab Marangoni jõu mõjul keevisõmbluse suhteliselt jahedamatel külgedel olev sulametall kuuma keskpunkti poole, jättes keevisõmbluse varbale ebapiisavalt sulametalli ja tulemuseks on läbilõikelised defektid.(5) Kui lasertraadi vahekaugus on liiga suur, tekib tõenäoliselt keevisõmbluse sees poorsus. Laseri ja kaare vaheline ühendusefekt nõrgeneb oluliselt, mistõttu laser- ja kaarsulamisbasseinid on peaaegu eraldatud, vähendades keevisõmbluse põhja ülekantavat energiat. See vähendab stabiilsust võtmeaugu põhjas, raskendades mullide väljumist sulabasseinist, mis lõpuks moodustab keevisõmbluse jahtumisel ja tahkumisel poorsusdefekte.
