01 ورقة مقدمة
في الوقت الحالي، هناك اهتمام قليل بالأسباب التي تجعل تباعد الأسلاك في اللحام القوسي الهجين بالليزر-يسبب عيوبًا في اللحام، خاصة في لحام الصفائح السميكة، حيث يكون عدم استقرار تكوين الصفائح السميكة أكبر ومن المرجح حدوث عيوب اللحام. لفهم تأثير تباعد الأسلاك بشكل أكبر على تكوين العيوب في اللحام الهجين ذو الصفائح السميكة، استخدمت هذه الدراسة لحامًا هجينًا بالليزر عالي السرعة-وسلك طاقة عالي--لحام صفائح فولاذية بحرية AH36 بسمك 12 مم. تم استخدام كاميرا عالية السرعة - لمراقبة انتقال القطرات وتدفق البركة المنصهرة، كما تم استخدام عمليات المحاكاة الرقمية لدراسة سلوك التدفق المحدد للبركة المنصهرة. يوضح هذا الآلية التي يؤثر بها تباعد الأسلاك على تكوين الخلل في سلك اللحام الهجين بالليزر-.
02 نظرة عامة على الورق:
لقد اجتذب اللحام القوسي الهجين بالليزر (LAHW)، باعتباره طريقة ربط محتملة على نطاق واسع، اهتمامًا كبيرًا في مفاصل الألواح السميكة في بناء السفن. باعتبارها واحدة من معلمات اللحام الأكثر أهمية في اللحام الهجين بقوس الليزر-، فإن التباعد بين شعاع الليزر والقوس يمكن أن يؤثر بشكل كبير على تأثير الاقتران بين الليزر والقوس، خاصة في ظروف اللحام بالليزر ذات الطاقة العالية-واللحام عالي السرعة-. لذلك، فإن استكشاف تأثير تباعد الحزم على اللحام له أهمية نظرية مهمة للبحث المستقبلي والإنتاج الصناعي. يستخدم هذا البحث تصويرًا عالي السرعة -لعملية اللحام لتحليل تأثير تباعد الشعاع على نقل القطرات واستقرار تدفق البركة المنصهرة، ويجمع بين المحاكاة الرقمية لفحص آلية تكوين عيوب اللحام. أظهرت النتائج أن التباعد المناسب بين الحزم يمكن أن يحقق -لحامات جيدة التكوين بدون عيوب لحام واضحة. عندما تكون مسافة الشعاع قريبة جدًا، يؤدي تأثير الاقتران المفرط بين الليزر والقوس إلى نقل غير مستقر للقطيرات وتدفق المجمع المنصهر، مما يؤدي إلى عيوب اللحام مثل التناثر والتقويض. عندما تكون المسافة بين الشعاع كبيرة جدًا، يضعف تأثير اقتران مصدري الحرارة، ويقلل تعزيز اللحام، وقد تحدث عيوب المسامية.
03 التحليل الرسومي:
من صور شكل سطح اللحام وشكل المقطع العرضي- تحت مسافات مختلفة لشعاع الليزر (الشكل 1)، يمكن ملاحظة أن تكوين سطح اللحام يختلف بشكل كبير باختلاف مسافات شعاع الليزر، في حين أن شكل المقطع العرضي -للحامات تحت مسافات مختلفة متشابه، وجميعها تظهر على شكل كأس-. عندما يكون تباعد شعاع الليزر 4 مم، لا توجد عيوب لحام واضحة، ويكون تشكيل اللحام مثاليًا.
كما يتبين من الشكل 2، مع زيادة التباعد بين الألياف الضوئية تدريجيًا من 0 مم إلى 8 مم، يقل تردد انتقالات الدائرة القصيرة - أولاً ثم يزيد.
كما يتبين من الشكل 3، عند استخدام لحام MAG النقي، في ظل وضع الانتقال النفاث، يكون اتجاه الانتقال النفاث على طول الخط المتأخر لطرف السلك. عند إضافة الليزر للحام الهجين، تتغير زاوية انحراف الانتقال النفاث بشكل كبير.
من الرسم البياني الإحصائي في الشكل 5، يمكن ملاحظة أن تكرار انتقالات الدائرة القصيرة-يتناقص في البداية ثم زاد. يتناقص حجم زاوية انحراف الانتقال النفاث تدريجيًا مع زيادة المسافة بين الألياف الضوئية من 0 مم إلى 4 مم. عندما يزيد تباعد الألياف إلى 6-8 مم، يختفي تأثير الليزر على زاوية انحراف الانتقال النفاث تدريجيًا.
كما يتبين من الشكل 6، ينشأ جزء من عيوب التناثر من انتقالات الدائرة القصيرة- غير المستقرة. عند T+5.9 مللي ثانية، يتعرض الجسر المعدني المنصهر لظاهرة "تمزق العنق"، مكونًا العديد من البقع الدقيقة.
كما يتبين من الشكل 7، نظرًا لتأثير قوى بخار المعدن داخل ثقب المفتاح والتأثير الناجم عن انتقال القطرات، في الموضع الخلفي لثقب المفتاح، يتدفق المعدن المنصهر الموجود على سطح حوض اللحام بسرعة كبيرة وينفصل عن حمام السباحة، مما يشكل عيوب ترشيش.
من نتائج المحاكاة العددية في الشكل 8، يمكن ملاحظة أنه في ظل التأثيرات المشتركة لليزر والقوس، تكون درجة حرارة المعدن المنصهر بالقرب من مركز البركة المنصهرة أعلى ويكون معدل التدفق أسرع. يؤدي هذا إلى تراكم المعدن المنصهر باتجاه مركز حوض السباحة. عندما يبرد اللحام، يستمر المعدن المنصهر على كلا الجانبين في التحرك نحو المنطقة الوسطى تحت تأثير قوة مارانجوني، مما يؤدي إلى تكوين عيوب تقويضية على جانبي اللحام.
كما يتبين من الشكل 9، عندما يكون التباعد بين الخيوط كبيرًا جدًا، يضعف تأثير التسخين القوسي، ويقل تأثير التسخين بالليزر على الجزء السفلي من ثقب المفتاح، ويتدهور استقرار الثقب. نظرًا لعدم نقل الطاقة الكافية إلى الجزء السفلي من اللحام، يصبح النصف السفلي من ثقب المفتاح غير مستقر ولا يمكن أن يظل مفتوحًا بشكل مستمر، مما يجعل من الصعب على فقاعات الغاز الداخلية الهروب، مما يؤدي في النهاية إلى عيوب المسامية.
03 ملخص وتوقعات
يستخدم هذا البحث لحامًا هجينًا-ليزرًا عالي الطاقة-MAG على فولاذ AH36 بسمك 12 مم لدراسة تكوين اللحام وانتقال القطرات وسلوك تدفق البركة المنصهرة. علاوة على ذلك، تمت مناقشة تأثير تباعد أسلاك الليزر على عملية اللحام وآلية تكوين عيب اللحام. الاستنتاجات الرئيسية هي كما يلي: (1) عندما تكون طاقة الليزر 9.5 كيلو واط، وسرعة تغذية السلك 10 م / دقيقة، وسرعة اللحام 1.8 م / دقيقة، وتباعد سلك الليزر 4 مم، يتم تحقيق أفضل تشكيل لحام، مع تقوية لحام 0.28 مم وعرض لحام 5.02 مم، دون عيوب مثل التقويض أو التناثر أو المسامية. (2) يؤثر تباعد سلك الليزر بشكل كبير على شكل انتقال القطرات (جيت + انتقال الدائرة القصيرة-). مع زيادة تباعد أسلاك الليزر، يقل تردد انتقال الدائرة القصيرة-أولاً ثم يزيد. عندما تكون المسافة بين سلك الليزر 0 و2 و4 و6 و8 مم، يكون تردد انتقال الدائرة القصيرة - هو 161 هرتز و124 هرتز و95 هرتز و116 هرتز و138 هرتز، على التوالي. تتناقص زاوية انحراف الانتقال النفاث مع زيادة تباعد الأسلاك. عندما يكون تباعد السلك أكبر من 6 مم، فإن زاوية الانحراف لم تعد تتأثر بتباعد السلك، بما يتوافق مع لحام MAG الفردي. (3) يتشكل الرذاذ بشكل أساسي فوق ثقب مفتاح الليزر وعلى الجانب الخلفي من حوض السباحة المنصهر. يؤدي انتقال قطيرات الدائرة القصيرة- إلى التفاف وتمزق الجسر المعدني السائل، مما يشكل عدة قطرات معدنية صغيرة، والتي تتأثر أيضًا بالبخار المعدني المنبعث من ثقب المفتاح، مما يؤدي إلى تناثر. بالإضافة إلى ذلك، يتأثر المجمع المنصهر بعمود البخار وقوة تأثير انتقال القطرات، مما يتسبب في زيادة سرعة تدفق المعدن المنصهر على الجانب الخلفي. عندما يتدفق المعدن المنصهر قطريًا لأعلى بسرعة 0.3 م/ث، ينفصل جزء من المعدن المنصهر عن البركة، ويشكل تناثرًا. (4) يرتبط تكوين العيوب السفلية ارتباطًا وثيقًا بتدفق البركة المنصهرة. يتدفق المعدن المنصهر في منطقة نفخ الغاز-وحول ثقب المفتاح بشكل مستمر إلى الخلف، مما يؤدي إلى ارتفاع الجانب الخلفي من حوض السباحة. عندما تتصلب منطقة اللحام تدريجيًا، تحت قوة مارانجوني، يتدفق المعدن المنصهر في الجوانب الأكثر برودة نسبيًا من اللحام نحو المركز الساخن، مما يترك كمية غير كافية من المعدن المنصهر عند مقدمة اللحام ويؤدي إلى عيوب تقويضية. (5) عندما يكون تباعد سلك الليزر كبيرًا جدًا، فمن المحتمل أن تحدث مسامية داخل اللحام. يتم إضعاف تأثير الاقتران بين الليزر والقوس بشكل كبير، مما يتسبب في فصل تجمعات الليزر والقوس المنصهرة تقريبًا، مما يقلل من الطاقة المنقولة إلى الجزء السفلي من اللحام. يؤدي هذا إلى تقليل الاستقرار في الجزء السفلي من ثقب المفتاح، مما يجعل من الصعب على الفقاعات الهروب من البركة المنصهرة، مما يؤدي في النهاية إلى تكوين عيوب مسامية عندما يبرد اللحام ويتصلب.
