Stabiliteitsstudie van het dynamische proces van laserbooglassen op basis van het overgangsgedrag van de smeltdruppel

Laserboogcomposietlassen
Professor Peilei Zhang van de School of Materials Science and Engineering aan de Universiteit van Shanghai for Engineering and Technology (USET), samen met wetenschappers van de Universiteit van Warwick, Shanghai Jiao Tong University en Jiangsu University of Science and Technology (JUST), hebben gepubliceerd een artikel getiteld "Research Status of Stability in Dynamic Process of Laser-Arc Hybrid Welding" in het tijdschrift Coatings. Hybride laserbooglassen op basis van druppeloverdrachtsgedrag: een overzicht".
01 Inleiding
Laser-Arc Hybrid Welding maakt gebruik van zowel een laserwarmtebron als een elektrische boogwarmtebron in dezelfde regio, en het synergetische effect van de twee warmtebronnen in hetzelfde gesmolten bad resulteert ook in een toename van de lassnelheid en de smeltdiepte. als een toename van het vermogen om gaten te overbruggen en de processtabiliteit. Dit artikel beschrijft de huidige onderzoeksstatus van laserboogcomposietlastechnologie in termen van druppelovergangsgedrag, druppelovergangsmodus en druppelkrachtanalyse. Door systematisch de onderzoeksdocumenten en technische toepassingen uit te zoeken, worden het werkingsprincipe, de technische voordelen, technische toepassingen en onderzoeken naar de dynamische processtabiliteit van laserboogcomposietlassen systematisch geschetst. Tenslotte worden de problemen waarmee de toekomst van hybride laserbooglastechnologie wordt geconfronteerd, samengevat.
Hybride laserbooglassen
02 Overzicht
Dit artikel bespreekt de basisconcepten en kenmerken van het overgangsgedrag van laserboog-composietlasdruppels, inclusief de druppelovergangsmodus en druppelkrachtanalyse. De nadruk wordt gelegd op de wederzijdse fysieke interactie tussen de laser en de boog en het effect van de gecombineerde laser-boogwarmtebron op de lasstabiliteit. Het smeltdruppelovergangsgedrag biedt informatie over de stabiliteit van het lasproces, de booggedragskenmerken, de smeltefficiëntie, proceskenmerken zoals lasrook en spatten, en metallurgische kenmerken van het lassen, enz., dat wordt gekenmerkt door intuïtiviteit en zichtbaarheid, en wordt een onvervangbare bron en manier van informatieverwerving in de lasinformatietechnologie. Bij het laserboogcomposietlasproces zijn de metaaldruppels naar de overgangsmodus van het gesmolten zwembad, de druppelgrootte, de overgangsfrequentie en de stabiliteit afhankelijk van de eigenschappen van het lasmateriaal, lasparameters, beschermgas, laserenergie, lichtdraadafstand en andere factoren, en uiteindelijk onderworpen aan een verscheidenheid aan krachten, zoals zwaartekracht, elektromagnetische kracht, plasmastroomkracht, oppervlaktespanning, de metaaldampkracht en andere geïntegreerde rollen, zoals weergegeven in figuur 1.

Figuur 1 Schematisch diagram van analyse van samengestelde lasdruppelkracht
Hybride laserbooglassen
03 Grafische analyse
De filamentafstand is een sleutelfactor bij het bepalen of de laser en de boogwarmtebron optimaal zijn gekoppeld. De filamentafstand heeft een aanzienlijk effect op de smeltdiepte, de overgangsmodus van de druppel en de stabiliteit van het lasproces. Onderzoekers hebben ontdekt dat wanneer de filamentafstand klein is, de boog de stabiliteit van het sleutelgat verstoort, en dat de stabiliteit van de druppelovergang sterk wordt beïnvloed door de laser. De bestraling met de laserstraal op de spetterende druppels belemmert de energie van de laserstraal, wat resulteert in een geringe lasdiepte, zoals weergegeven in figuur 2. Bovendien resulteerde de toename in de filamentafstand in een onregelmatige beweging van het gesmolten metaal, wat leidde tot het instorten van het sleutelgat, aangezien evenals eerder gestold metaal waardoor het middelste gesmolten metaal het lasteengebied niet kan vullen, wat uiteindelijk resulteert in een knabbeldefect.
De relatieve posities van de laser- en boogwarmtebronnen in de lasrichting hebben een cruciaal effect op laserboogcomposietlassen. Sommige onderzoekers en wetenschappers zijn van mening dat de lasergestuurde modus superieur is aan de booggeleide modus. Zij zijn van mening dat de lasergestuurde modus resulteert in een stabieler lasproces, betere lasvorming, minder porositeit en spatdefecten, en betere penetratie en sterkere lassen. Andere onderzoekers zijn echter van mening dat de booggeleide modus superieur is aan de lasergeleide modus. Zij zijn van mening dat, vergeleken met de UHP-lasergeleide modus, de UHP-booggeleide modus stabiele boogeigenschappen en smeltbadstroom creëert, en dat de hoek tussen de straal van de gesmolten druppels en het lasoppervlak een grotere drijvende kracht creëert, wat de scheiding van de gesmolten druppels en verbetert de stabiliteit van het lasproces, met minder lasspatten en een stabielere lasvorm.
Bij zowel enkelvoudig laserlassen als bij elektrisch booglassen moet rekening worden gehouden met het belang van beschermgas. Bij laserlassen is beschermgas een effectief middel om plasma-afschermende effecten te elimineren, de stabiliteit van het lasproces te verbeteren en diepsmeltlassen te realiseren. Bij booglassen is beschermgas de sleutelfactor om een ​​stabiele verbranding van de boog te realiseren en de verdeling van de boogwarmtekolom en de overgangsmodus van de gesmolten druppel te bepalen. Onderzoekers zijn van mening dat de toevoeging van 30% He het samengestelde effect van laser en boog verbetert, en dat de overgangsmodus van de smeltdruppel verandert van onstabiele straalovergang naar stabiele straalovergang, en de bijpassende mate van roterende straalovergang en boogpulscyclus verbetert, met minder fluctuatie van de booggolfvorm, betere lasnaadvorming en minder lasfouten. Bovendien zijn onderzoekers van mening dat het He-volumepercentage om de lasdiepte van de smelt te verbeteren en porositeitsdefecten te remmen 50% zou moeten zijn. De effectieve laservermogensdichtheid neemt toe met de toename van het He-volumepercentage, wat bijdraagt ​​aan de toename van de lasdiepte. Lasporositeitsdefecten werden effectief onderdrukt omdat de stabiliteit van kleine gaten werd verbeterd bij gebruik van een Ar-He-mengsel.
Omdat de toevoeging van laser aan booglassen veranderingen in de boogmorfologie en de morfologie van het smeltbad veroorzaakt, wat leidt tot veranderingen in de boogkracht, het elektromagnetische veld en de oppervlaktespanning van het gesmolten bad, zullen veranderingen in deze factoren direct leiden tot veranderingen in de overgangskarakteristieken van het smeltbad. de gesmolten druppel. Door de voordelen van diepsmelten bij laserlassen en de overbruggingsprestaties van booglassen te combineren, hebben veel onderzoekers en wetenschappers aandacht besteed aan het overgangsgedrag van gesmolten druppels bij laserboogcomposietlassen. Zij zijn van mening dat de toevoeging van laser zowel bevorderende als remmende effecten heeft op de druppelovergang. In de kortsluit- en druppelovergangsmodi bevordert de laser de druppelovergang, terwijl de laser de druppelovergang in de straalovergangsmodus hindert. De omvang en richting van de elektromagnetische en plasmakrachten die op de druppels inwerken, zijn van cruciaal belang voor het beïnvloeden van het overgangsgedrag van de druppels. De grootte en richting van de elektromagnetische krachten en de plasmakrachten worden getransformeerd als gevolg van de verandering van de stroomverdeling in de gesmolten druppel, die wordt veroorzaakt door het door laser geïnduceerde plasma met een laag ionisatiepotentieel.

04 Conclusie en vooruitzichten
Laserboogcomposietlassen is een nieuw type lasverwerkingsmethode, die twee warmtebronnen combineert met totaal verschillende energieoverdrachtsmechanismen en fysieke eigenschappen, en tegelijkertijd inwerkt in de bewerkingspositie, de interactie tussen verschillende warmtebronnen en de interactie tussen de warmtebron en het werkstuk om voldoende warmte te genereren om het lasproces te voltooien. Als nieuw type efficiënte laswarmtebron kan het de respectieve voordelen van de twee warmtebronnen ten volle benutten, maar ook hun tekortkomingen compenseren. Laser- en smeltelektrode-inert gas / actief gasbooglassen (MIG / MAG) is de meest veelbelovende composietlasmodus. Er is een dringende behoefte om het fysieke mechanisme van de composietwarmtebron verder te bestuderen. Ondertussen is het overgangsgedrag van de smeltdruppel ook erg belangrijk in het composietlasproces. Het druppelovergangsgedrag kan nauwkeurige informatie verschaffen voor het lasproces en effectief de stabiliteit van het lasproces bepalen.
Met de voortdurende ontwikkeling van bouwmachines neemt ook de dikte van de plaat toe. Om te voldoen aan de stabiliteit van het lassen van dikke platen is het afschuinen van dikke platen essentieel. Vanwege de complexiteit van de dikke plaatafschuining wordt ook de stabiliteit van de boog tijdens het lasproces tot op zekere hoogte beïnvloed, wat resulteert in het ontstaan ​​van lasfouten. Tegelijkertijd hangt het ontstaan ​​van defecten nauw samen met het overgangsgedrag van de smeltdruppel. Bij laserboogcomposietlassen met hoog vermogen is het ontstaan ​​van lasfouten onvermijdelijk. De optimalisatie en vooruitgang van numerieke simulatietechnologie doorbreekt de beperkingen van defectanalyse en biedt een solide theoretische basis voor de verdere ontwikkeling van innovatieve processen. Vanwege het grote aantal procesparameters bij laserboogcomposietlassen wordt het procesparametervenster voortdurend versmald om de beste lasvorming te verkrijgen, en de variatie van de procesparameters heeft ook een grote invloed op de overgangskarakteristieken van de gesmolten las. druppel. Daarom is het voortdurende onderzoek van procesparameters van groot belang voor de overgangsmodus van smeltdruppels met laserboogcomposietlassen.