01 Uvod v papir
Trenutno se malo pozornosti posveča razlogom, zakaj razmik med žicami pri lasersko{0}}hibridnem varjenju povzroča napake pri varjenju, zlasti pri varjenju debelih plošč, kjer je nestabilnost tvorbe debelih plošč večja in je verjetneje, da pride do napak pri varjenju. Za nadaljnje razumevanje vpliva razmika med žico na nastanek napak pri hibridnem varjenju debelih plošč je ta študija uporabila visoko{2}}hitro in visoko{3}}zmogljivo-lasersko hibridno varjenje za varjenje 12 mm debelih jeklenih plošč AH36 za plovila. Visoko{8}}kamera je bila uporabljena za opazovanje prenosa kapljic in toka bazena staline, numerične simulacije pa so bile uporabljene za preučevanje specifičnega obnašanja toka bazena staline. To pojasnjuje mehanizem, s katerim razmik med žico vpliva na nastajanje napak pri žičnem{10}}laserskem hibridnem varjenju.
02 Pregled papirja:
Lasersko-hibridno varjenje (LAHW) je kot zelo obetavna metoda spajanja pritegnila veliko pozornosti pri spojih debelih plošč v ladjedelništvu. Razdalja med laserskim žarkom in oblokom je eden najbolj kritičnih varilnih parametrov pri hibridnem-obločnem varjenju, zato lahko znatno vpliva na učinek sklopitve med laserjem in oblokom, zlasti pri visoko{3}}zmogljivem laserju in visoko{4}}hitrostnem varjenju. Zato ima raziskovanje vpliva razmika žarkov na varjenje pomemben teoretični pomen za prihodnje raziskave in industrijsko proizvodnjo. Ta članek uporablja visoko{7}}hitro fotografijo varilnega postopka za analizo vpliva razmika med žarki na prenos kapljic in stabilnost pretoka staljenega bazena ter združuje numerično simulacijo za preučevanje mehanizma nastanka varilnih napak. Rezultati kažejo, da lahko z ustreznim razmikom žarkov dosežemo dobro-oblikovane zvare brez očitnih napak pri varjenju. Ko je razmik žarka preblizu, čezmerni učinek sklopitve med laserjem in oblokom vodi do nestabilnega prenosa kapljic in pretoka staljenega bazena, kar ima za posledico napake pri varjenju, kot so brizganje in spodrezovanje. Ko je razmik žarka prevelik, je učinek spajanja obeh virov toplote oslabljen, ojačitev zvara se zmanjša in lahko pride do napak v poroznosti.
03 Grafična analiza:
Iz slik morfologije površine zvara in morfologije prečnega-prereza pri različnih razmikih laserskega žarka (slika 1) je razvidno, da se tvorba površine zvara močno razlikuje z različnimi razmiki laserskega žarka, medtem ko je morfologija prečnega-prereza zvarov pod različnimi razmiki podobna, vsi so videti v obliki čaše-. Ko je razmik laserskega žarka 4 mm, ni očitnih napak pri varjenju in je tvorba zvara optimalna.
Kot je razvidno iz slike 2, ko se razmik med optičnimi vlakni postopoma povečuje od 0 mm do 8 mm, se frekvenca kratko-prehodov najprej zmanjša in nato poveča.
Kot je razvidno iz slike 3, je pri uporabi čistega MAG varjenja v načinu prehoda curka smer curka vzdolž zakasnjene črte konice žice. Z dodajanjem laserja za hibridno varjenje se odklonski kot prehoda curka bistveno spremeni.
Iz statističnega grafikona na sliki 5 je razvidno, da se frekvenca kratko{1}}prehodov sprva zmanjša in nato poveča. Velikost kota prehoda curka se postopoma zmanjšuje, ko se razdalja med optičnimi vlakni poveča od 0 mm do 4 mm. Ko se razmik vlaken še poveča na 6-8 mm, učinek laserja na odklonski kot prehoda curka postopoma izgine.
Kot je razvidno iz slike 6, del napak zaradi brizganja nastane zaradi nestabilnih prehodov kratkega-vezja. Pri T+5.9 ms je most iz staljene kovine podvržen pojavu "pretrganja vratu", pri čemer nastane veliko drobnih brizg.
Kot je razvidno iz slike 7, zaradi vpliva sil kovinske pare znotraj ključavnice in udarca, ki ga povzroči prehod kapljice, na zadnjem položaju ključavnice staljena kovina na površini zvarnega bazena teče prehitro in se loči od bazena, pri čemer nastanejo brizgane napake.
Iz rezultatov numerične simulacije na sliki 8 je razvidno, da je pod kombiniranimi učinki laserja in obloka temperatura staljene kovine v bližini središča bazena staline višja in hitrost pretoka hitrejša. To povzroči kopičenje staljene kovine proti sredini bazena. Ko se zvar ohladi, se staljena kovina na obeh straneh še naprej premika proti srednjemu območju pod vplivom Marangonijeve sile, kar ima za posledico nastanek spodrezanih napak na obeh straneh zvara.
Kot je razvidno iz slike 9, ko je razmik med filamenti prevelik, je učinek predgretja obloka oslabljen, učinek laserskega segrevanja na spodnjem delu ključavnice je zmanjšan in stabilnost luknje se poslabša. Zaradi nezadostnega prenosa energije na dno zvara spodnja polovica ključavnice postane nestabilna in ne more ostati neprekinjeno odprta, kar otežuje uhajanje notranjih plinskih mehurčkov, kar na koncu povzroči napake poroznosti.
03 Povzetek in obeti
Ta članek uporablja hibridno-lasersko{1}}MAG varjenje z visoko{0}}močjo na jeklu AH36 debeline 12 mm za preučevanje tvorbe zvara, prehoda kapljic in obnašanja toka staljene baze. Nadalje je obravnavan učinek razmika laserske žice na varilni proces in mehanizem nastanka napak v zvaru. Glavni zaključki so naslednji: (1) Ko je moč laserja 9,5 kW, hitrost podajanja žice 10 m/min, hitrost varjenja 1,8 m/min in razmik laserske žice 4 mm, je dosežena najboljša tvorba zvara z ojačitvijo zvara 0,28 mm in širino zvara 5,02 mm, brez napak, kot so spodrezovanje, brizganje ali poroznost.(2) Razmik med laserskimi žicami bistveno vpliva na obliko prehoda kapljic (prehod curka + kratkega-kroga). Ko se razmik laserske žice poveča, se frekvenca prehoda kratkega-sklopa najprej zmanjša in nato poveča. Ko je razmik med laserskimi žicami 0, 2, 4, 6 in 8 mm, je frekvenca kratko-prehoda 161 Hz, 124 Hz, 95 Hz, 116 Hz oziroma 138 Hz. Odklonski kot prehoda curka se zmanjšuje z večanjem razmika žice. Ko je razmik med žico večji od 6 mm, razmik med žico ne vpliva več na uklonski kot, kar je skladno z enojnim varjenjem MAG. (3) Brizganje nastaja predvsem nad lasersko ključavnico in na zadnji strani bazena staljene mase. Prehod kapljic-kratkega stika povzroči tvorbo vratov in pretrganje mostu iz tekoče kovine, pri čemer nastane več majhnih kovinskih kapljic, na katere dodatno vpliva kovinska para, ki izhaja iz ključavnice, kar povzroči brizganje. Poleg tega na bazen staljene kovine vplivata oblak hlapov in udarna sila prehoda kapljic, kar povzroči povečanje hitrosti toka staljene kovine na zadnji strani. Ko staljena kovina teče diagonalno navzgor s hitrostjo 0,3 m/s, se del staljene kovine loči od bazena in tvori brizganje. (4) Tvorba spodrezanih napak je tesno povezana s tokom staljene kovine. Staljena kovina v plinsko-območju in okoli ključavnice neprekinjeno teče nazaj, zaradi česar se zadnja stran bazena dvigne. Ko se območje zvara postopoma strjuje, pod Marangonijevo silo staljena kovina na relativno hladnejših straneh zvara teče proti vročemu središču, pri čemer ostane premalo staljene kovine na konici zvara, kar povzroči napake v spodrezovanju. (5) Ko je razmik med laserskimi žicami prevelik, se lahko znotraj zvara pojavi poroznost. Učinek sklopitve med laserjem in oblokom je znatno oslabljen, zaradi česar sta staljena staljena laserja in obloka skoraj ločena, kar zmanjša energijo, ki se prenaša na dno zvara. To zmanjša stabilnost na dnu ključavnice, zaradi česar mehurčki težko uidejo iz bazena staline, kar končno povzroči napake poroznosti, ko se zvar ohladi in strdi.
