Stabilitetsstudie av den dynamiska processen för laserbågskompositsvetsning baserad på övergångsbeteendet hos smältdroppen

Laser-Arc Composite Svetsning
Professor Peilei Zhang från School of Materials Science and Engineering vid University of Shanghai for Engineering and Technology (USET), har tillsammans med forskare från University of Warwick, Shanghai Jiao Tong University och Jiangsu University of Science and Technology (JUST), publicerat en artikel med titeln "Research Status of Stability in Dynamic Process of Laser-Arc Hybrid Welding" i tidskriften Coatings. Laserbågshybridsvetsning baserad på droppöverföringsbeteende: en recension".
01 Introduktion
Laser-Arc Hybrid Welding använder både en laservärmekälla och en elektrisk ljusbågsvärmekälla i samma region, och den synergistiska effekten av de två värmekällorna i samma smälta pool resulterar i en ökning av svetshastighet och smältdjup, liksom som en ökning av spaltöverbryggande förmåga och processstabilitet. Den här artikeln beskriver den aktuella forskningsstatusen för laserbågskompositsvetsteknik i termer av droppövergångsbeteende, droppövergångsläge och droppkraftanalys. Genom att systematiskt sortera ut forskningsdokumenten och ingenjörsapplikationerna, skisseras systematiskt arbetsprincipen, tekniska fördelar, tekniska applikationer och svetsdynamiska processstabilitetsstudier av laserbågskompositsvetsning. Slutligen sammanfattas de problem som framtidens laserbågshybridsvetsteknik står inför.
Laserbågshybridsvetsning
02 Översikt
Denna artikel går igenom de grundläggande begreppen och egenskaperna för övergångsbeteendet hos sammansatta svetsdroppar med laserbåge, inklusive droppövergångsläget och droppkraftanalys. Tonvikten läggs på den ömsesidiga fysiska interaktionen mellan lasern och ljusbågen och effekten av den kombinerade laser-bågevärmekällan på svetsstabiliteten. Smältdropsövergångsbeteendet ger information om svetsprocessens stabilitet, bågbeteendeegenskaper, smälteffektivitet, processegenskaper som svetsrök och stänk, och svetsmetallurgiska egenskaper etc., som kännetecknas av intuitivitet och synlighet, och blir en oersättlig källa och sätt för informationsinhämtning inom svetsinformationsteknik. I laser-bågkompositsvetsningsprocessen beror metalldropparna till övergångsläget för smältbassängen, droppstorlek, övergångsfrekvens och stabilitet på svetsmaterialets egenskaper, svetsparametrar, skyddsgas, laserenergi, ljustrådsavstånd och andra faktorer, och slutligen utsatt för en mängd olika krafter såsom gravitation, elektromagnetisk kraft, plasmaflödeskraft, ytspänning, metallångkraften och annan integrerad roll, som visas i figur 1.

Figur 1 schematiskt diagram för analys av sammansatt svetsdroppskraftanalys
Laserbågshybridsvetsning
03 Grafisk analys
Filamentavståndet är en nyckelfaktor för att avgöra om lasern och ljusbågsvärmekällan är optimalt kopplade. Filamentavståndet har en betydande effekt på smältdjupet, droppens övergångsläge och svetsprocessens stabilitet. Forskare har funnit att när glödtrådsavståndet är litet stör bågen nyckelhålets stabilitet, och stabiliteten i droppövergången påverkas kraftigt av lasern. Laserstrålebestrålningen på de stänkta dropparna hindrar laserstrålens energi, vilket resulterar i ett grunt svetsdjup som visas i fig. 2. Dessutom resulterade ökningen i filamentavstånd i oregelbundna rörelser av smält metall som ledde till att nyckelhålet kollapsade, eftersom samt tidigare stelnad metall som förhindrar den centrala smälta metallen från att fylla svetståområdet, vilket i slutändan resulterar i en naggningsdefekt.
Laser- och ljusbågsvärmekällornas relativa lägen i svetsriktningen har en avgörande effekt på laserbågssvetsning. Vissa forskare och forskare tror att det laserstyrda läget är överlägset det bågstyrda läget. De tror att det laserstyrda läget resulterar i en stabilare svetsprocess, bättre svetsbildning, färre porositets- och stänkdefekter samt bättre penetration och starkare svetsar. Andra forskare anser dock att det bågstyrda läget är överlägset det laserstyrda läget. De tror att jämfört med det UHP laserstyrda läget, skapar det UHP ljusbågsstyrda läget stabila bågegenskaper och smältbassängflöde, och vinkeln mellan radien på de smälta dropparna och svetsytan skapar en större drivkraft, vilket främjar separering av de smälta dropparna och förbättrar stabiliteten i svetsprocessen, med mindre svetsstänk och mer stabil svetsformning.
Vikten av skyddsgas bör beaktas för både enkellasersvetsning och elektrisk bågsvetsning. Vid lasersvetsning är skyddsgas ett effektivt sätt att eliminera plasmaskärmningseffekter, förbättra stabiliteten i svetsprocessen och förverkliga djupsvetsning. Vid bågsvetsning är skyddsgas nyckelfaktorn för att uppnå stabil förbränning av ljusbågen och bestämma fördelningen av bågvärmekolonnen och övergångsläget för den smälta droppen. Forskare tror att tillsatsen av 30% He förbättrar den sammansatta effekten av laser och båge, och smältdropsövergångsläget ändras från instabil jetövergång till stabil jetövergång, och förbättrar matchningsgraden av roterande jetövergång och bågpulscykel, med mindre fluktuation av bågvågform, bättre formning av svetsfogen och färre svetsfel. Dessutom anser forskarna att He-volymprocenten för att förbättra svetsdjupet och förhindra porositetsdefekter bör vara 50 %. Den effektiva lasereffekttätheten ökar med ökningen av He-volymprocenten, vilket bidrar till ökningen av svetsdjupet. Svetsporositetsdefekter undertrycktes effektivt eftersom stabiliteten hos små hål förbättrades vid användning av Ar-He-blandning.
Eftersom tillägget av laser till bågsvetsning orsakar förändringar i bågmorfologi och smältbassängmorfologi, vilket leder till förändringar i bågkraft, elektromagnetiskt fält och ytspänning hos den smälta poolen, kommer förändringar i dessa faktorer direkt att leda till förändringar i övergångsegenskaperna hos den smälta droppen. Genom att kombinera fördelarna med djupsmältning av lasersvetsning och överbryggande prestanda för bågsvetsning, har många forskare och forskare uppmärksammat övergångsbeteendet hos smälta droppar vid laserbågssvetsning. De tror att tillsatsen av laser har både främjande och hämmande effekter på droppövergången. I kortslutnings- och fallövergångslägena främjar lasern droppövergången, medan lasern hindrar droppövergången i jetövergångsläget. Storleken och riktningen av de elektromagnetiska krafterna och plasmakrafterna som verkar på dropparna är avgörande för att påverka droppövergångsbeteendet. Storleken och riktningen av de elektromagnetiska krafterna och plasmakrafterna omvandlas på grund av förändringen av strömfördelningen i den smälta droppen, som orsakas av den laserinducerade plasman med låg joniseringspotential.

04 Slutsats och framtidsutsikter
Laserbågskompositsvetsning är en ny typ av svetsbearbetningsmetod, som kombinerar två värmekällor med helt olika energiöverföringsmekanismer och fysikaliska egenskaper, och som samtidigt verkar i bearbetningspositionen, växelverkan mellan olika värmekällor och växelverkan mellan värmekällan och arbetsstycket för att generera tillräckligt med värme för att slutföra svetsprocessen. Som en ny typ av effektiv svetsvärmekälla kan den ge fullt spel åt de båda värmekällornas respektive fördelar, men också för att kompensera för deras brister. Laser och smältelektrod inert gas / aktiv gasbågsvetsning (MIG / MAG) är det mest lovande kompositsvetsläget, det finns ett akut behov av att ytterligare studera den fysiska mekanismen för den sammansatta värmekällan. Samtidigt är övergångsbeteendet för smältdroppar också mycket viktigt i kompositsvetsprocessen. Droppövergångsbeteendet kan ge korrekt information för svetsprocessen och effektivt bestämma stabiliteten i svetsprocessen.
Med den kontinuerliga utvecklingen av entreprenadmaskiner ökar också plåtens tjocklek. För att möta stabiliteten hos tjockplåtssvetsning är avfasning av tjocka plåtar väsentligt. På grund av komplexiteten hos den tjocka plåtfasningen påverkas även bågens stabilitet i svetsprocessen i viss utsträckning, vilket resulterar i generering av svetsfel. Samtidigt är genereringen av defekter nära relaterad till övergångsbeteendet hos smältdroppen. Vid högeffektlaserbågskompositsvetsning är uppkomsten av svetsdefekter oundviklig. Optimeringen och utvecklingen av numerisk simuleringsteknik bryter igenom begränsningarna för defektanalys och ger en solid teoretisk grund för vidareutveckling av innovativa processer. På grund av det stora antalet processparametrar vid laserbågskompositsvetsning, minskas processparameterfönstret ständigt för att erhålla den bästa svetsbildningen, och variationen av processparametrarna har också stor inverkan på övergångsegenskaperna hos det smälta liten droppe. Därför är den kontinuerliga utforskningen av processparametrar av stor betydelse för övergångssättet för smältfallssvetsning med laserbåge.