Mewn gweithgynhyrchu modern,technoleg weldio laseryn cael ei ddefnyddio'n helaeth mewn amrywiol feysydd, o awyrofod i weithgynhyrchu modurol, o offer electronig i ddyfeisiau meddygol, gyda'i fanteision o effeithlonrwydd uchel, cywirdeb ac addasrwydd. Craidd y dechnoleg hon yw rhyngweithio'r laser â'r deunydd, gan ffurfio pwll tawdd a chaledu'n gyflym, gan alluogi cysylltu rhannau metel. Mae'r pwll weldio yn faes allweddol mewn weldio laser, ac mae ei nodweddion yn pennu ansawdd y weldio, y microstrwythur a'r perfformiad terfynol yn uniongyrchol. Felly, mae dealltwriaeth fanwl a rheolaeth fanwl gywir o nodweddion y pwll tawdd o arwyddocâd hanfodol i wella lefel technoleg weldio laser a diwallu anghenion cymalau weldio o ansawdd uchel mewn cynhyrchu diwydiannol.
Geometreg pwll tawdd
Mae geometreg y pwll weldio yn agwedd bwysig mewn ymchwil weldio laser, oherwydd ei fod yn effeithio'n uniongyrchol ar drosglwyddo gwres, llif deunydd ac ansawdd terfynol y weldio yn ystod y broses weldio. Fel arfer disgrifir siâp pwll tawdd gan ei ddyfnder, lled, cymhareb agwedd, geometreg parth yr effeithir arno gan wres (HAZ), geometreg twll clo, a geometreg parth metel tawdd (MMA). Nid yn unig y mae'r paramedrau hyn yn pennu maint a siâp y cymal weldio, ond maent hefyd yn effeithio ar y cylchred thermol, y gyfradd oeri a ffurfio microstrwythur yn ystod y broses weldio.
Tabl 1. Dylanwad paramedrau weldio laser ar baramedrau geometrig pob pwll weldio.
Mae'r ymchwil yn dangos mai pŵer laser a chyflymder weldio yw'r ddau brif baramedr proses sy'n effeithio ar geometreg y pwll weldio, fel y dangosir yn Nhabl 1. Yn gyffredinol, wrth i bŵer y laser gynyddu a chyflymder y weldio leihau, mae dyfnder y pwll weldio yn cynyddu, tra bod y lled yn newid ychydig iawn. Mae hyn oherwydd bod pŵer laser uwch yn gallu darparu mwy o egni, gan ganiatáu i'r deunydd doddi ac anweddu'n gyflymach, gan arwain at dyllau clo a phyllau dyfnach, fel y dangosir yn Ffigur 1. Fodd bynnag, pan fydd pŵer y laser yn rhy uchel neu gyflymder y weldio yn rhy isel, gall arwain at orboethi'r deunydd, anweddiad gormodol, a hyd yn oed effaith cysgodi plasma, a fydd yn lleihau ansawdd y weldio. Felly, yn y broses weldio wirioneddol, mae angen dewis pŵer y laser a chyflymder y weldio yn rhesymol yn ôl nodweddion penodol y deunydd a gofynion y weldio er mwyn cael geometreg pwll weldio delfrydol.
Ffigur 1. Siapiau weldio gwahanol a ffurfiwyd gan weldio dargludiad gwres laser a weldio treiddiad dwfn laser.
Yn ogystal â phŵer laser a chyflymder weldio, bydd priodweddau ffisegol thermol y deunydd, cyflwr yr wyneb, nwy amddiffynnol a ffactorau eraill hefyd yn cael effaith ar geometreg y pwll weldio. Er enghraifft, po uchaf yw dargludedd thermol y deunydd, y cyflymaf yw'r trosglwyddiad gwres trwy'r deunydd, a'r cyflymaf yw cyfradd oeri'r pwll tawdd, a all arwain at faint cymharol fach o'r pwll tawdd. Bydd garwedd wyneb a glendid y deunydd yn effeithio ar gyfradd amsugno'r laser, ac yna'n effeithio ar ffurfio a sefydlogrwydd y pwll tawdd. Yn ogystal, bydd math a chyfradd llif y nwy amddiffynnol hefyd yn cael effaith benodol ar siâp ac ansawdd y pwll tawdd, gall y nwy amddiffynnol priodol atal y pwll tawdd rhag ocsideiddio a llygru'n effeithiol, ond gall hefyd addasu tensiwn wyneb a nodweddion llif y pwll tawdd, er mwyn gwella ansawdd y weldio.
Ffigur 2. Siâp y pwll tawdd pan fydd y laser yn siglo.
Drwy newid trywydd y trawst laser, gall siglo'r laser effeithio'n sylweddol ar siâp a nodweddion y pwll tawdd, fel y dangosir yn Ffigur 2. Wrth i'r trawst laser siglo, mae siâp y pwll tawdd yn dod yn fwy unffurf a sefydlog. Mae'r trawst laser osgiliadol yn creu ardal gynhesu ehangach ar wyneb y pwll, gan wneud ymylon y pwll yn llyfnach a lleihau ymylon miniog a siapiau afreolaidd. Mae'r gwresogi unffurf hwn yn helpu i wella ansawdd a phriodweddau mecanyddol y cymal weldio a lleihau diffygion weldio fel craciau a mandyllau. Yn ogystal, gall siglo'r laser hefyd gynyddu hylifedd y pwll tawdd, hyrwyddo rhyddhau nwyon ac amhureddau yn y pwll tawdd, a gwella dwysedd ac unffurfiaeth y cymal weldio ymhellach.
Dynameg pwll tawdd
Mae thermodynameg pwll tawdd yn faes allweddol arall mewn ymchwil weldio laser, sy'n cynnwys amsugno, trosglwyddo a throsi ynni laser yn y pwll tawdd, yn ogystal â dosbarthiad y maes tymheredd, y gyfradd oeri a'r ymddygiad trawsnewid cyfnod a achosir ganddo. Nid yn unig y mae nodweddion thermodynamig y pwll weldio yn pennu siâp a maint y pwll weldio, ond maent hefyd yn effeithio'n uniongyrchol ar ficrostrwythur a phriodweddau mecanyddol y cymal weldio.
Yn y broses weldio laser, ar ôl i'r deunydd amsugno ynni'r laser, bydd yn cynhyrchu ardal tymheredd uchel yn y pwll toddi, gan achosi i'r deunydd doddi ac anweddu. Ar yr un pryd, bydd gwres yn cael ei drosglwyddo o'r rhanbarth tymheredd uchel i'r rhanbarth tymheredd isel trwy ddargludiad gwres, darfudiad ac ymbelydredd, fel y bydd tymheredd y deunydd o amgylch y pwll tawdd yn cynyddu, ac yna'n effeithio ar ficrostrwythur a phriodweddau'r deunydd. Oherwydd maint bach, graddiant tymheredd mawr a chyfradd oeri gyflym y pwll tawdd, mae'n anodd iawn mesur y maes tymheredd a'r gyfradd oeri yn uniongyrchol. Felly, cynhelir y rhan fwyaf o astudiaethau i astudio priodweddau thermodynamig pyllau tawdd trwy sefydlu modelau mathemategol a dulliau efelychu rhifiadol.
Yn y model thermodynamig o bwll tawdd, mae angen ystyried y ffactorau allweddol canlynol fel arfer: Yn gyntaf, mecanwaith amsugno ynni laser, gan gynnwys nodweddion adlewyrchiad, amsugno a throsglwyddo wyneb y deunydd, a phroses gwasgaru ac amsugno'r laser y tu mewn i'r deunydd. Bydd gwahanol ddeunyddiau a pharamedrau laser yn arwain at wahanol gyfraddau amsugno a dosraniadau ynni, a fydd yn effeithio ar ymddygiad thermodynamig y pwll tawdd. Yn ail, priodweddau ffisegol thermol y deunydd, megis capasiti gwres penodol, dargludedd thermol, dwysedd, ac ati, bydd y paramedrau hyn yn newid gyda newid tymheredd, sydd â dylanwad pwysig ar y broses trosglwyddo gwres. Yn ogystal, mae hefyd angen ystyried y prosesau llif hylif a newid cyfnod yn y pwll tawdd, megis toddi, anweddu a chaledu, a fydd yn newid siâp a dosbarthiad maes tymheredd y pwll tawdd, ond hefyd yn effeithio ar ficrostrwythur a phriodweddau mecanyddol y deunydd.
Drwy efelychu rhifiadol ac astudiaeth arbrofol, canfu'r ymchwilwyr fod dosbarthiad y maes tymheredd yn y pwll tawdd fel arfer yn cyflwyno anghysondeb sylweddol, mae'r ardal tymheredd uchel wedi'i chanoli'n bennaf yn ardal gweithredu'r laser a'r twll clo, ac mae'r tymheredd yn gostwng yn raddol i ymyl y pwll tawdd a'r parth yr effeithir arno gan wres. Mae'r gyfradd oeri yn cynyddu wrth i faint y pwll tawdd leihau a'r pellter o'r ardal laser gynyddu. Yn gyffredinol, mae'r gyfradd oeri yn is yng nghanol y pwll tawdd ac ardal y twll clo, tra bod y gyfradd oeri yn uwch ar ymyl y pwll tawdd a'r parth yr effeithir arno gan wres, fel y dangosir yn Ffigur 2. Bydd y dosbarthiad maes tymheredd anghyson a chyfradd oeri hwn yn arwain at newidiadau graddiant amlwg ym microstrwythur y cymal weldio, megis maint y grawn, cyfansoddiad a dosbarthiad y cyfnod, a fydd yn effeithio ar y priodweddau mecanyddol a gwrthiant cyrydiad y cymal weldio.
Ffigur 3. Canlyniadau efelychu ffurfio twll clo a phwll tawdd yn ystod weldio treiddiad dwfn laser o blât dur di-staen.
Er mwyn gwella nodweddion thermodynamig pwll tawdd, gwella ansawdd weldio a lleihau diffygion weldio, cynigiwyd cyfres o ddulliau a mesurau optimeiddio. Er enghraifft, trwy addasu paramedrau laser, megis pŵer laser, cyflymder weldio, diamedr man, ac ati, gellir newid y modd mewnbwn a dosbarthiad ynni laser i optimeiddio maes tymheredd a chyfradd oeri'r pwll tawdd. Yn ogystal, gellir addasu ymddygiad thermodynamig ac esblygiad microstrwythur y pwll tawdd trwy ddefnyddio cynhesu ymlaen llaw, ôl-gynhesu, weldio aml-bas a dulliau proses eraill, yn ogystal â defnyddio gwahanol nwyon amddiffynnol ac awyrgylchoedd weldio. Ar yr un pryd, mae datblygu deunyddiau weldio a systemau aloi newydd i wella sefydlogrwydd thermol a pherfformiad weldio deunyddiau hefyd yn un o'r ffyrdd pwysig o wella nodweddion thermodynamig pyllau tawdd.
Nodweddion y pwll weldio laser yw'r ffactorau allweddol sy'n effeithio ar ansawdd y weldio, y microstrwythur a'r priodweddau mecanyddol. Mae astudiaeth fanwl o geometreg a nodweddion thermodynamig y pwll weldio laser o arwyddocâd mawr ar gyfer optimeiddio'r broses weldio laser a gwella effeithlonrwydd ac ansawdd y weldio. Trwy nifer fawr o ymchwil arbrofol a dadansoddiad efelychu rhifiadol, mae ymchwilwyr wedi cyflawni cyfres o ganlyniadau ymchwil pwysig, sy'n darparu cefnogaeth ddamcaniaethol gref ac arweiniad technegol ar gyfer datblygu a chymhwyso technoleg weldio laser. Fodd bynnag, mae rhai diffygion o hyd yn yr ymchwil gyfredol, megis symleiddio'r model a gormod o dybiaethau, ac nid yw rhagfynegiad nodweddion y pwll toddi o dan amodau gwaith cymhleth yn ddigon cywir. Mae angen gwella'r ymchwil arbrofol systematig a chynhwysfawr, ac mae diffyg ymchwil fanwl ar fwy o ddeunyddiau a pharamedrau weldio.
Amser postio: Chwefror-28-2025
