Weldio Laser – Dylanwad Paramedrau Osgiliad ar Weldio Laser Modd Cylch Addasadwy (ARM) Aloion Alwminiwm
1.Crynodeb
Mae'r astudiaeth hon yn ymchwilio i effeithiau osgled ac amledd osgiliad ar ansawdd yr wyneb, macro- a microstrwythurau, a mandylledd modd cylch addasadwy (ARM)weldio osgiliadol laserPlatiau aloi alwminiwm A5083. Mae'r canlyniadau'n dangos, gyda chynnydd osgled ac amlder osgiliad, fod ansawdd wyneb y weldiad yn gwella. Wrth i'r osgled gynyddu, mae trawsdoriad y weldiad yn trawsnewid o siâp "cwpan" i siâp "cilgant". Mae dadansoddiad microstrwythurol yn dangos nad yw maint grawn y weldiad yn lleihau gyda chynnydd osgled ac amlder osgiliad oherwydd y gystadleuaeth rhwng yr effaith droi a'r gostyngiad yn y gyfradd oeri. Mae mandylledd y weldiad yn lleihau gyda chynnydd paramedrau osgiliad, gan gyrraedd mandylledd terfynol o 0.22% pan fo'r osgled yn 2 mm. Mae tomograffeg pelydr-X tri dimensiwn yn cadarnhau ymhellach ddylanwad osgiliad ar ddosbarthiad mandyllau: mae mandyllau mawr yn tueddu i agregu y tu ôl i'r pwll tawdd, tra bod mandyllau bach yn dangos cymesuredd gwell. Mae'r ymchwil hwn yn darparu mewnwelediadau gwerthfawr ar gyfer optimeiddio paramedrau osgiliad i gyflawni weldio laser o ansawdd uchel mewn cymwysiadau aloi alwminiwm A5083.
2 Cefndir y Diwydiant
Mae gan aloion alwminiwm fanteision pwysau ysgafn, cryfder penodol uchel, a gwrthiant cyrydiad da, ac fe'u defnyddir yn helaeth mewn diwydiannau modurol, rheilffyrdd cyflym, awyrofod a diwydiannau eraill. Mae gan weldio laser fanteision effeithlonrwydd uchel, parth bach yr effeithir arno gan wres, ac anffurfiad weldio bach. Felly,Mae weldio laser yn ddull weldio economaidd sy'n addas ar gyfer platiau trwchus, a all leihau nifer y pasiau weldio yn fawr. Mae mandylledd yn ddiffyg sylweddol mewn weldio laser o aloion alwminiwm, sy'n effeithio'n ddifrifol ar briodweddau mecanyddol cymalau wedi'u weldio. Felly, cynhaliwyd astudiaethau helaeth i leihau a dileu ffurfio mandylledd, gan gynnwys optimeiddio nwy cysgodi, cymhwyso technoleg trawst deuol, defnyddio systemau pŵer laser wedi'u modiwleiddio, a mabwysiadu dulliau trawst osgiliadol. Mae technoleg weldio osgiliadol laser yn sefyll allan am ei gallu i gyfuno manteision weldio laser â'i nodweddion ei hun. Gall defnyddio weldio osgiliadol laser nid yn unig leihau mandylledd ond hefyd wella microstrwythur y weldiad a gwella ansawdd y weldiad. Mae nifer fawr o astudiaethau wedi canolbwyntio'n bennaf ar wahanol agweddau ar weldio osgiliadol laser, gan gynnwys lleihau mandylledd, optimeiddio dosbarthiad ynni, mireinio strwythur grawn, a nodweddu llif toddi yn y pwll tawdd. Mae dosbarthiad ynni laser yn chwarae rhan hanfodol yn nosbarthiad tymheredd a dyfnder treiddiad weldio laser. Ar osgled osgiliadol penodol, gyda chynnydd amlder sganio, mae'r broses weldio yn trawsnewid o weldio treiddiad dwfn i weldio ansefydlog, ac yn olaf i weldio dargludiad gwres. Mae'r canlyniadau'n dangos y gall cynyddu osgled ac amlder sganio leihau mandylledd, ond hefyd leihau dyfnder treiddiad y weldiad yn sylweddol, a thrwy hynny leihau priodweddau mecanyddol y weldiad. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, datblygwyd laser modd cylch addasadwy (ARM), sy'n rhannu ynni'r laser yn graidd â dwysedd ynni uchel a chylch â dwysedd ynni isel, gyda'r nod o sefydlogi'r twll clo a gwella ansawdd weldio. Mae ymchwilwyr wedi defnyddio weldio osgiliadol laser ARM i weldio aloion alwminiwm cryfder uchel 6xxx o dan wahanol gymhareb pŵer craidd/cylch a lled osgiliad. Mae'r canlyniadau arbrofol yn dangos mai'r prif ffactor sy'n effeithio ar geometreg y weldiad yw lled yr osgiliad, yn hytrach na'r gymhareb pŵer craidd-cylch. Fodd bynnag, nid yw dosbarthiad y mandwll a'i fecanwaith atal o dan uwchosodiad osgiliad a laser ARM wedi'u hastudio. Yn y papur hwn, mabwysiadir technoleg weldio osgiliadol laser ARM newydd i leihau mandylledd y weldiad, cael dyfnder treiddiad uwch ac ansawdd weldio gwell. Cynhelir astudiaeth gynhwysfawr ar ddosbarthiad ynni laser, ymddygiad deinamig pwll tawdd, a microstrwythur o dan wahanol amleddau ac osgledau osgiliad.
3. Amcanion a Gweithdrefnau Arbrofol
Defnyddiwyd technoleg weldio osgiliadol laser crwn i weldio aloion alwminiwm. Y deunydd sylfaen (BM) oedd aloi alwminiwm 5083-O gyda dimensiynau o 300mm × 100mm × 5mm (hyd × lled × trwch), a dangosir ei gyfansoddiad cemegol yn y tabl. Cyn weldio, cafodd y samplau eu sgleinio i gael gwared ar y ffilm ocsid arwyneb, yna eu glanhau ag aseton mewn baddon uwchsonig am 15 munud i gael gwared ar olew arwyneb. Ysystem weldio laseryn cynnwys yn bennaf robot Kuka, laser disg TruDisk 8001, a sganiwr galvanomedr PFO 3D. Defnyddiwyd y laser disg TruDisk 8001 fel y ffynhonnell laser modd cylch addasadwy, gyda chymhareb ffibr craidd/cylch o 100/400 μm a phŵer allbwn uchaf o 8 kW (tonfedd o 1030 nm, paramedr ansawdd trawst o 4.0 mm·rad). Mae'r trawst laser yn cynnwys rhan graidd a rhan cylch, lle mae'r laser yn y rhan graidd ganolog yn cynhyrchu twll clo (60% o egni'r laser), ac mae'r laser yn y rhan cylch yn sicrhau dosbarthiad tymheredd da (40% o egni'r laser), fel y dangosir yn Ffigur (b). Hyd ffocal y colimator a'r lens ffocysu yw 138 mm a 450 mm, yn y drefn honno. Yn ystod y broses weldio, defnyddiwyd camera cyflymder uchel Phantom V1840 a ffynhonnell golau amledd uchel Cavilux i fonitro'r broses weldio mewn amser real, gyda chyflymder saethu o 5000 fps ac amser amlygiad o 1 μs. Yn yr astudiaeth hon, diffinnir trywydd osgiliad y trawst crwn, llwybr symudiad y laser, a'r cyflymder ar unwaith fel y dangosir yn y ffigur.
4 Canlyniadau a Thrafodaeth
4.1 Nodweddion Morffoleg y Weldiad Dangosir morffolegau arwyneb y weldiad o dan wahanol ddulliau osgiliad laser yn y ffigur. Mae'r canlyniadau'n dangos bod arwyneb weldiad weldio llinell syth confensiynol yn arw (garwedd o 78.01 μm), gyda pharhad gwael o grychdonnau'r weldiad a lledaeniad weldiad annigonol. Gwelwyd hefyd ffurfiant weldiad annigonol, sblasio difrifol, a thandoriad. Gyda'r cynnydd mewn osgled ac amlder osgiliad, mae arwyneb y weldiad yn cyflwyno cennau pysgod trwchus ac unffurf. Garwedd arwyneb weldiadau ag osgledau osgiliad o 0.5 mm, 1 mm, a 2 mm yw 80.71 μm, 49.63 μm, a 31.12 μm, yn y drefn honno. Nid oes unrhyw afreoleidd-dra nac ymwthiadau a achosir gan sblasio. Mae'r canlyniadau'n dangos bod amledd osgiliad uwch yn arwain at lif pwll tawdd mwy rheolaidd, effaith gyffroi gryfach y trawst laser, ac arwyneb weldio mwy delfrydol. Yn y bôn, mae siâp y weldiad laser yn gysylltiedig yn achosol â symudiad y trawst laser. Yn ystod weldio, mae newidiadau yn osgled ac amledd y osgiliad yn newid cyflymder y weldio, gan effeithio felly ar ddwysedd ynni llinol a chyfanswm mewnbwn gwres y laser. Mae morffoleg drawsdoriadol y weldiad ar siâp "gwbled", sy'n cynnwys dwy ran: y rhan isaf yw'r "coesyn", a'r rhan uchaf yw'r "bowlen". Diffinnir dyfnder y treiddiad a'r "coesyn" fel H1 a H2, yn y drefn honno, a diffinnir lledau'r weldiad ("bowlen") a'r "coesyn" fel W1 a W2, yn y drefn honno. Mae lledau'r weldiad W1 a W2 yn cynyddu'n gydamserol â chynnydd osgled y osgiliad, ac mae morffoleg y weldiad yn trawsnewid yn raddol o siâp "gwbled" i siâp "cilgant". Mae'r dwysedd ynni laser mwyaf yn ymddangos wrth y gorgyffwrdd trajectory. Wrth gymharu Ffigurau (b, d) a (c, e), gellir gweld y bydd y cynnydd mewn amledd sganio yn cynyddu ardal gorgyffwrdd y trajectory ar hyd y llwybr sganio, gan wneud dosbarthiad ynni'r laser yn fwy unffurf. Fodd bynnag, bydd y gostyngiad yn y dwysedd ynni mwyaf yn arwain at ostyngiad yn nyfnder y weldiad.
4.2 Ymddygiad Pwll Tawdd Er mwyn egluro dylanwad y llwybr sganio ar ymddygiad y pwll tawdd, defnyddiwyd system gamera cyflym i arsylwi proses esblygiad y pwll tawdd a'r twll clo. Mae Ffigur (a) yn dangos proses esblygiad y pwll tawdd o dan lwybr llinell syth. Ffigurau (bf) yw'r diagramau esblygiad o'r pwll tawdd o dan wahanol baramedrau osgiliad. Gyda chynnydd amlder ac osgled osgiliad, mae rhan gefn y pwll tawdd yn dod yn fwy crwn oherwydd ehangu lled y pwll tawdd. Wrth i hyd y pwll tawdd gynyddu, mae'r amrywiad arwyneb a achosir gan ffrwydrad twll clo yn lleihau yn ystod lluosogi yn ôl. Felly, mae'r metel hylif tawdd yn solidio'n llyfn ac yn rheolaidd ym mhen cefn y pwll tawdd, gan ffurfio cennau pysgod weldio unffurf a thrwchus. Mae'r ffigur yn dangos y newid yn arwynebedd agoriad y twll clo yn ystod weldio laser, sy'n deillio o'r delweddau ffotograffiaeth cyflym o'r pwll tawdd. Fel y dangosir yn Ffigur (a), yn ystod weldio llinell syth, mae maint agoriad y twll clo yn dangos amrywiadau amlwg. Gwelwyd sawl achos o gau twll clo (0 mm²), gydag arwynebedd agor twll clo cyfartalog o 0.47 mm². Gall y cynnydd yn yr osgled osgiliad hefyd leihau amrywiadau a gwella sefydlogrwydd. Mae hyn oherwydd mewn weldio osgiliad, mae cyfran fwy o ynni'n cael ei ddosbarthu i'r ddwy ochr. Felly, mae'r allfa ar y twll clo yn ehangu, ac mae'r osgled osgiliad yn cynyddu, a thrwy hynny'n cynyddu'r arwynebedd agoriadol. Mae'r cynnydd yn yr osgled yn ehangu ystod gyffroi'r trawst laser, gan arwain at ehangu radiws symudiad cyfnodol y twll clo. Oherwydd gludedd y metel tawdd a'r pwysau hydrodynamig sy'n gweithredu ger wal y twll clo, mae symudiad cerrynt troelli yn digwydd yn y pwll tawdd weldio ger agoriad y twll clo. Mae ehangu arwynebedd agoriad y twll clo yn gwella ei sefydlogrwydd, yn osgoi ffurfio swigod, ac felly'n atal mandylledd yn sylweddol.
4.3 Microstrwythur Mae'r ffigur yn dangos morffoleg EBSD trawsdoriad y weldiad o dan wahanol amleddau ac osgledau osgiliad. Ger llinell asio'r weldiad laser, mae gronynnau dendrit colofnog yn tyfu tuag at ganol y weldiad. Fel y dangosir yn Ffigur (a), rhwng rhanbarthau'r "bowlen" a'r "coesyn", gellir gweld gwahaniaethau amlwg yn nosbarthiad y gronynnau colofnog. Mae gronynnau colofnog wedi'u dosbarthu mewn siâp U ar hyd wal y "bowlen", tra yn rhanbarth y "coesyn", mae gronynnau colofnog wedi'u dosbarthu mewn siâp U ar hyd y llinell asio. Yn ystod solidio'r weldiad, mae'r gronynnau sydd wedi solidio'n rhannol yn y parth asio yn gweithredu fel safleoedd niwcleiadu ar gyfer y ffrynt solidio ac yn tyfu'n berpendicwlar i ffin y pwll tawdd ar hyd cyfeiriad y graddiant tymheredd uchaf. Mae'r ffenomen hon yn digwydd oherwydd bod dwysedd pŵer uchel y laser yn arwain at orboethi y tu mewn i'r pwll weldio. Mae'r graddiant thermol uwch G a'r gyfradd twf gymedrol R yn gwneud G/R yn fwy na'r trothwy ar gyfer trawsnewid microstrwythur, gan arwain at ffurfio gronynnau colofnog. Mae'r graddiant tymheredd G yng nghanol y weldiad yn lleihau, gan achosi i'r gymhareb G/R ostwng yn raddol islaw'r trothwy trawsnewid microstrwythur, gan drawsnewid i ronynnau cywerth. Mae ronynnau cywerth wedi'u lleoli yng nghanol y "bowlen" a'r "coesyn". Gan fod "coesyn" y weldiad yn gul ac yn agos at y deunydd sylfaen, mae'n solidio'n llwyr cyn rhanbarth y "bowlen" yn ystod yr oeri. Mae'r rhan "coesyn" solidedig yn gweithredu fel safle niwcleiadu ar waelod y "bowlen", gan hyrwyddo twf tuag i fyny ronynnau colofnog. Mae'r ffigur yn dangos y prosesau weldio llinell syth ac osgiliadol. Dangosir y bydd y newid parhaus yn safle'r trawst laser mewn weldio osgiliadol laser yn cynyddu hyd y pwll tawdd canolradd, gan ail-doddi'r metel sydd eisoes wedi solidio, gan arwain at ostyngiad yng nghyfradd twf y ronynnau r. Gall hyn arwain at ostyngiad yn G/R yn y parth ronynnau cywerth isaf.
4.4 Dosbarthiad Mandylledd Defnyddiwyd tomograffeg pelydr-X tri dimensiwn i gynnal archwiliad cynhwysfawr o'r weldiad, gan gael dosbarthiad tri dimensiwn y mandyllau yn y weldiad, fel y dangosir yn y ffigur. Cyfrifir mandylledd fel cyfanswm cyfaint y mandyllau wedi'i rannu â chyfanswm cyfaint y weldiad. Drwy gymharu morffoleg a dosbarthiad mandyllau weldiadau osgiliadol laser llinell syth a weldiadau osgiliadol laser crwn, canfuwyd bod weldiadau osgiliadol laser llinell syth yn cynnwys mwy o fandyllau cyfaint mawr, gyda mandylledd o 2.49%, sy'n sylweddol uwch na mandyllau crwn.weldiadau osgiliadol laserDrwy gymharu Ffigurau (b, c) a (d, e), gellir gweld bod cynyddu amledd yr osgiliad yn helpu i atal ffurfio mandyllau. Drwy gymharu Ffigurau (b, d) a (c, e), gellir gweld bod y cynnydd yn osgled yr osgiliad hefyd yn chwarae rhan arwyddocaol wrth atal ffurfio mandyllau. Pan gynyddir osgled yr osgled ymhellach i 2 mm (Ffigur (f)), mae'r mandylledd yn cael ei leihau ymhellach i 0.22%, gan adael dim ond mandyllau bach a chyfaint bach. Mae'r ffigur yn darlunio dosbarthiad arwynebedd y mandyllau ar wahanol bellteroedd o linell ganol y weldiad, gan gynrychioli'r mandylledd yn seiliedig ar faint arwynebedd y mandyllau. Ar gyfer weldio llinell syth, mae arwynebedd y mandyllau wedi'i ddosbarthu'n gymesur ar hyd llinell ganol y weldiad, ac mae'n lleihau'n raddol gyda chynnydd y pellter o linell ganol y weldiad. Mae'r canlyniadau'n dangos bod mandyllau a achosir gan dwll clo wedi'u crynhoi'n bennaf y tu ôl i linell ganol y pwll tawdd ar linell ganol y weldiad. Ar gyfer weldio osgiliadol â laser, mae cymesuredd dosbarthiad y mandyllau'n mynd yn wannach. Mae'r ffigur yn dangos arwynebedd y mandwll ar wahanol bellteroedd o wyneb y weldiad, lle mae'r llinell goch yn cynrychioli'r ffin rhwng rhanbarthau'r "bowlen" a'r "coesyn". Yn achos mandyllau mawr amlwg (Ffigurau (ac)), mae arwynebedd y mandwll uwchben y ffin yn cyfrif am fwy nag 85%. Mae hyn oherwydd bod y trawsnewidiad cyfuchlin ar y ffin hir-ddosbarthol yn fwy tebygol o ddal swigod yn y pwll weldio, ac mae'r swigod sydd wedi'u dal yn tueddu i fudo i fyny o dan ddylanwad arnofio. Yn achos mandyllau bach amlwg (Ffigurau (df)), mae'r mandyllau wedi'u crynhoi yn yr ardal o fewn 0.5 mm islaw'r llinell ffin. Efallai mai'r amser oeri byr a'r dadleoliad bach i fyny yw'r rhesymau dros y ffenomen hon.
5 Casgliad
(1) Mae gan wahanol ddulliau osgiliad laser effeithiau amlwg ar wyneb y weldiad. Gall osgled ac amledd uwch wella ansawdd yr wyneb, tra gall paramedrau osgiliad gormodol o fawr gynyddu garwedd ac achosi diffygion ceugrwm.
(2) Mae siâp y weldiad yn cael ei bennu'n bennaf gan baramedrau osgiliad laser, sy'n effeithio ar gyflymder weldio, dosbarthiad ynni, a chyfanswm y mewnbwn gwres. Gyda chynnydd osgled yr osgiliad, mae morffoleg y weldiad yn newid o "gwpan" i "gilgant", ac mae'r gymhareb agwedd yn lleihau.
(3) Gyda chynnydd osgled ac amlder yr osgiliad, mae'r pwll tawdd yn lletach ac mae'r rhan gefn yn grwn. Mae effaith yr osgiliad yn cynyddu hyd y pwll tawdd, sy'n fuddiol i ddianc swigod a chaledu unffurf. Yn ystod weldio llinell syth, mae arwynebedd agoriad y twll clo yn amrywio; yn gymharol, gellir lleihau'r amrywiad hwn, gan wella sefydlogrwydd y weldio.
(4) Mae cynyddu osgled ac amlder osgiliad yn lleihau'r graddiant thermol a'r gyfradd twf, sy'n fuddiol i ffurfio meintiau grawn mawr. Fodd bynnag, mae effaith cymysgu'r laser yn ffafriol i fireinio maint y grawn a gwella cryfder y gwead. O dan wahanol baramedrau laser, mae caledwch y weldiad yn parhau'n gymharol sefydlog, ychydig yn is na chaledwch y deunydd sylfaen, a all fod oherwydd colli magnesiwm wrth anweddu.
(5) Mae tomograffeg pelydr-X tri dimensiwn yn dangos bod gan weldio llinell syth fandylledd uwch (2.49%) a chyfaint mandwll mwy na weldio osgiliadol. Gall cynyddu paramedrau osgiliad leihau mandylledd yn sylweddol, hyd yn oed yn cyrraedd 0.22% pan fo'r osgled yn 2 mm. Mae dosbarthiad arwynebedd y mandwll yn newid gydag osgiliad: mae mandyllau mawr yn crynhoi y tu ôl i'r pwll tawdd, ac mae gan fandyllau bach gymesuredd gwell. Mae mandyllau mawr wedi'u dosbarthu'n bennaf uwchben y ffin rhwng rhanbarthau'r "bowlen" a'r "coesyn", tra bod mandyllau bach wedi'u crynhoi islaw'r ffin.
Amser postio: Awst-14-2025
