01 Rhagymadrodd
Wrth weithgynhyrchu cydrannau mawr megis trenau cyflymder uchel, adeiladu llongau, ac offer ynni, mae weldio plât trwchus yn un o'r prosesau allweddol. Fodd bynnag, oherwydd cyfyngiadau mewn cywirdeb peiriannu, gwallau cynulliad, ac anffurfiad thermol yn ystod y broses weldio, mae'r bwlch weldio yn aml yn newid. Pan fo'r bwlch rhwng platiau'n fach, mae treiddiad anghyflawn neu grychiadau gwreiddiau'n debygol o ddigwydd, tra bod bylchau mawr yn dueddol o arwain at weldiad yn cwympo. Mae ymchwil gyfredol yn seiliedig yn bennaf ar amodau bwlch cyson, ac mae astudiaethau ar weldio â bylchau amrywiol yn gymharol brin. Yn benodol, mewn weldio hybrid arc laser, mae cyflawni ataliad crychdonni o dan fylchau bach a gallu pontio da o dan fylchau mawr yn parhau i fod yn her mewn cymwysiadau peirianneg. Mae'r astudiaeth hon yn canolbwyntio ar ddur hindreulio trwchus 12 mm, gyda'r nod o egluro ffurfiant weldio a mecanweithiau atal diffygion yn ystod weldio hybrid arc laser-oscillaidd o dan amodau bwlch amrywiol, gan ddarparu cefnogaeth ddamcaniaethol a phroses ar gyfer weldio plât trwchus gyda bylchau amrywiol, a hyrwyddo cymhwysiad diwydiannol pellach a mabwysiadu technoleg weldio hybrid laser-arc osgiliadol.
02 Trosolwg Testun Llawn
Mae'r astudiaeth hon yn mynd i'r afael â heriau twmpathau gwraidd a gallu pontio annigonol mewn newidyn plât dur trwchus-laser bwlch- weldio hybrid arc ac yn ymchwilio'n systematig i'r mecanwaith y mae laserau oscillaidd yn ei ddefnyddio i effeithio ar y broses weldio. Y deunydd sylfaen arbrofol oedd dur hindreulio 12 mm o drwch S355J2W. Adeiladwyd system weldio hybrid gan ddefnyddio laser ffibr TruDisk-10002 (pŵer mwyaf 10 kW, tonfedd 1070 nm) ar y cyd ag offer weldio arc, gyda bwlch cydosod sy'n amrywio'n barhaus (0 - 3 mm) wedi'i osod ar hyd yr wythïen weldio gyfan i efelychu'r amodau cynhyrchu amrywiol yn gyffredin mewn amodau cynhyrchu gwirioneddol. Yn ystod yr astudiaeth, cadwyd pŵer laser (6.5 kW), cyflymder weldio (16 mm / s), a chyflymder bwydo gwifren (10 m / mun) yn gyson, gyda pharamedrau osciliad laser (osgled, amlder) fel y newidynnau craidd a reolir yn yr arbrofion. Defnyddiwyd ffotograffiaeth cyflymder uchel i gofnodi ymddygiad y pwll tawdd a morffoleg yr arc ar ochrau blaen a chefn y weldiad. Yn ogystal, defnyddiwyd y blwch offer PIVlab yn MATLAB i gynnal dadansoddiad cydberthynas croes ar ddelweddau cyflym y pwll tawdd, gan echdynnu'n feintiol y maes cyflymder metel hylifol a'r maes vorticity wrth ffurfio twmpathau. Mae'r dull hwn yn trosi data delweddu llif yn baramedrau ffisegol mesuradwy (cyflymder, gwyrdroi), gan ddarparu cefnogaeth data solet ar gyfer datgelu mecanwaith ffurfio twmpathau. O ran dadansoddi morffoleg arc, asesodd yr ymchwilwyr yn fanwl effaith y laser oscillaidd ar ymddygiad arc trwy gyfrifo gwyriad safonol ongl gwyro'r arc. Yn y pen draw, o dan baramedrau osciliad o osgled 1.5 mm ac amlder 200 Hz, llwyddwyd i ffurfio weldio da heb dwmpathau neu gwymp ar draws ystod bwlch amrywiol o 0-2.5 mm. Dangosodd dadansoddiad cynhwysfawr fod cau twll clo yn arwain at ffurfio twmpathau gwraidd, tra bod y laser oscillaidd yn atal ffurfio twmpathau yn effeithiol trwy sefydlogi twll clo, gwella hylifedd pwll tawdd, a chynyddu tensiwn arwyneb yng nghynffon y pwll tawdd.
Mae Ffigur 03 yn dangos cymhariaeth uniongyrchol o effaith bendant gwahanol baramedrau osciliad ar ffurfio welds bwlch newidiol. Heb osciliad laser, mae twmpath gwraidd yn digwydd ar fwlch bach (1 mm), ac wrth i'r bwlch gynyddu, mae cwymp arwyneb yn ymddangos, gan nodi addasrwydd bwlch gwael. Mae newid y paramedrau osciliad laser yn gwella ffurfiant yr ochr flaen, ond mae twmpathau ar ochr y cefn o hyd neu mae'r weld yn mynd yn gulach. Y paramedrau terfynol yw osgled o 1.5 mm ac amledd o 200 Hz. O fewn yr ystod newidyn gyfan, mae weldiadau rhagorol heb dwmpathau neu gwymp yn cael eu cyflawni ar y ddwy ochr, gan ddangos rôl allweddol optimeiddio paramedrau osciliad.
Ffigur 1. Ffurfio Weld o dan baramedrau weldio gwahanol. Mae lled y weldio yn amrywio o 0 mm i 3 mm ar hyd y cyfeiriad weldio: (a) Dim osciliad; (b) Osgiliad osgiliad 1 mm, amledd 100 Hz; (c) Osgled osgiliad 1.5 mm, amledd 100 Hz; (ch) Osgiliad osgled 1.5 mm, amledd 200 Hz.
Dengys Ffigur 2, o fewn un cylch, heb osgiliad, fod yr arc yn gwyro'n afreolaidd i'r chwith a'r dde, ond gyda laser oscillaidd, mae'r arc yn parhau i fod wedi'i ganoli'n sefydlog, gyda siâp llawn a sefydlog, heb ddangos unrhyw allwyriad ochrol sylweddol. Mae hyn yn dangos, o dan amodau heb laser oscillaidd, mai'r bwlch mawr ei hun yw achos sylfaenol ansefydlogrwydd siâp arc. Mae'r arc yn tueddu i geisio'r llwybr dargludol agosaf (hy, wal ochr y rhigol), gan arwain at wresogi anwastad. Gall cyflwyno laser oscillaidd, ni waeth a yw'r paramedrau optimaidd, atal gwyriad ochrol yr arc yn fawr a'i gadw'n sefydlog yng nghanol y weldiad.
Ffigur 2. Morffoleg Weld ar gyflymder weldio gwahanol: (a) 1.5 m/munud (b) 1.8 m/munud (c) 2.1 m/min.
Mae Ffigur 3 yn meintioli gradd gwyriad yr arc. Heb osciliad laser, gwyriad safonol yr ongl gwyro yw 23.6 gradd, sy'n nodi amrywiad arc difrifol; ar ôl defnyddio laser oscillaidd, mae'r gwyriad safonol yn gostwng i 3.5 gradd, gyda sefydlogrwydd yn gwella 85.2%. Mae hyn yn darparu tystiolaeth data y 'gall laser oscillaidd sefydlogi'r arc yn sylweddol.'
Ffigur 3. Mesur onglau gwyro arc chwe gwaith o dan fwlch 2.5 mm: (a) Diagram sgematig o onglau gwyro arc; (b) Graddfa gwyriad arc o dan baramedrau gwahanol. Mae'r gwahaniaeth rhwng 1 a 2 yn cynrychioli gradd gwyriad arc.
Mae Ffigur 4 yn dangos, yn ystod y broses weldio, bod metel tawdd yn llifo tuag at y twll clo ar ffurf tonnau, gan achosi i'r twll clo amrywio'n dreisgar a chwympo. Gall osciliad laser wella darfudiad thermol yn y pwll tawdd, gan ffurfio vortices ger y twll clo. Mae metel tawdd yn llifo o amgylch twll y clo i'w gynffon, gan glustogi effaith defnynnau a chadw twll y clo yn sefydlog ar agor. Mae hyn yn dangos y gall laserau oscillaidd sefydlogi'r broses weldio trwy newid maes llif y pwll tawdd.
Ffigur 4. Toddwch llif y pwll o amser T0 i T0 + 2.7 ms o dan amodau bwlch sero: (a) Dim osgiliad laser; ( b ) Osgled 1 mm, amledd 100 Hz; (c) Osgled 1.5 mm, amledd 200 Hz. Mae saethau melyn a gwyrdd yn nodi'r forticau a gynhyrchir gan y laser oscillaidd a chyfeiriad llif y metel tawdd, yn y drefn honno; mae llinellau gwyn ac oren yn dynodi'r twll clo a'r defnynnau tawdd, yn y drefn honno.
Mae Ffigur 5 yn dangos ymddygiad deinamig y metel tawdd yn y pwll weldio o dan baramedrau osciliad heb eu optimeiddio (osgled 1 mm, amledd 100 Hz) wrth i'r twmpath gwraidd ffurfio, gan symud yr astudiaeth o ddiffygion weldio o arsylwi morffolegol macrosgopig i lefel newydd o ddadansoddiad meintiol o ddeinameg hylif. Mae'r dosbarthiad fector cyflymder yn dangos cyfeiriad a maint y llif metel tawdd o fewn y pwll weldio, tra bod y maes cyflymder yn dangos dosbarthiad gofodol cyflymder llif yn fwy greddfol. Ar yr un pryd, mae gwerthoedd vorticity uchel yn bodoli yn y rhanbarth ffurfio twmpathau, sy'n dangos llif cylchdro neu gneifio cryf yr hylif yno. Mae'r patrwm llif cylchdro hwn yn hyrwyddo cronni a thwf ansefydlog metel tawdd, sy'n faes llif nodweddiadol sy'n nodweddiadol o ffurfio twmpathau.
Ffigur 5. Mae cyflymder delwedd gronynnau yn arwain at wahanol eiliadau yn ystod ffurfio twmpath gwraidd: (a) dosbarthiad fector cyflymder; ( b ) dosbarthiad maes cyflymder; (c) dosbarthiad maes vorticity. Mae llinellau toredig melyn a gwyn yn dynodi cyfuchlin y twmpath.
04 Crynodeb: Mae'r astudiaeth hon yn mynd i'r afael â heriau diwydiant o dwmpathau gwraidd a bwlch annigonol-gallu pontio mewn newidyn plât trwchus-laser bwlch-weldio hybrid arc. Trwy arbrofion systematig ynghyd â thechnegau diagnostig uwch megis delweddu cyflymder uchel a chyflymder delwedd gronynnau, datgelwyd mecanwaith atal diffygion laser osgiliadol. Mae'r canlyniadau'n dangos, o dan baramedrau osciliad wedi'u optimeiddio, bod y laser, trwy ehangu a sefydlogi'r twll clo, yn gwella'r sianel dargludol arc yn sylweddol, gan leihau graddfa gwyriad arc 85.2%, a thrwy hynny sefydlogi ymddygiad arc. Ar yr un pryd, mae'r laser oscillaidd yn newid maes llif y pwll toddi, gan ffurfio fortecs sefydlog a chynnal natur agored twll clo, gan gyflawni weldiadau o ansawdd uchel yn rhydd o dwmpathau a chwymp mewn ystod bwlch amrywiol o 0-2.5 mm. Mae'r astudiaeth hon nid yn unig yn dyfnhau'r ddealltwriaeth ddamcaniaethol o ffurfio diffygion weldio a mecanweithiau atal o safbwynt dynameg hylif ond mae hefyd yn darparu cynllun proses dibynadwy a sail ddamcaniaethol ar gyfer datrys yr heriau weldio bwlch amrywiol mewn gweithgynhyrchu cydrannau mawr, sydd o werth sylweddol ar gyfer hyrwyddo cymhwyso technoleg weldio hybrid arc laser mewn prosiectau peirianneg mawr.
