01 Вступ до паперу:
Аустенітна нержавіюча сталь широко використовується в таких критичних галузях, як атомна енергетика, суднобудування та виготовлення посудин під тиском, завдяки своїм відмінним механічним властивостям і стійкості до корозії. Для виготовлення структурних компонентів товстих-плит у цих галузях лазерне зварювання-високої{3}}енергетичної-надає переваги порівняно з традиційним дуговим зварюванням, як-от менше підведення тепла та більша швидкість зварювання, що допомагає покращити ефективність з’єднання. Однак традиційне лазерне зварювання дротом стикається зі значними труднощами, коли застосовується до зварювання товстих-пластин із вузьким-зазором. З одного боку, для досягнення глибокого провару в процесі зварювання зазвичай використовується режим «замкової щілини», але ця глибока і вузька замкова щілина вкрай нестабільна, схильна до руйнування та захоплення газу, що призводить до великої кількості дефектів пористості в зварюваному шві. З іншого боку, хоча використання більш стабільного режиму «теплопровідності» може зменшити пористість, його глибина проплавлення є надто малою, що призводить до низької ефективності зварювання та потребує більшої кількості зварних проходів для завершення зварювання товстої-пластини. Це не тільки збільшує кумулятивне надходження тепла та залишкову напругу, але також може призвести до відсутності зварювання на бічних стінках канавки через концентровану лазерну енергію. Тому те, як ефективно уникнути таких дефектів, як пористість і відсутність плавлення, забезпечуючи при цьому стабільність зварювання, є технічною проблемою, яку необхідно терміново вирішити в галузі лазерного зварювання товстих{12}}пластин. Для вирішення вищезазначених проблем технологія осциляції лазерного променя, як вдосконалений метод контролю енергії, демонструє великий потенціал. Змушуючи лазерний промінь коливатися з високою частотою вздовж траєкторії зварювання, можна активно контролювати розподіл лазерної енергії та покращити динаміку рідини ванни розплаву, що позитивно впливає на стабільність процесу зварювання та формування зварного шва.
02 Повний текст Резюме:
Це дослідження інтуїтивно демонструє значний ефект осциляційної технології: завдяки введенню частоти й амплітуди коливань щільні пори, які зазвичай зустрічаються в традиційних методах, ефективно пригнічуються, навіть до повного усунення. Однак цінність цього дослідження виходить далеко за рамки цього; його суть полягає в-глибокому розкритті основних фізичних механізмів за допомогою передових методів, таких як високо-швидкісна фотографія. Дослідження показало, що коливальна технологія змінює процес зварювання двома способами. По-перше, він перетворює початково глибоку «замкову щілину», яка різко коливається, у ширший, стабільніший і довговічніший-розплавлений канал. Це не тільки зменшує утворення бульбашок у джерелі, але, що більш важливо, забезпечує достатні висхідні шляхи виходу для бульбашок, які вже утворилися. По-друге, коливання високої-частоти спричиняють сильний ефект вихрового перемішування в розплавленому басейні. Це перемішування, з одного боку, рівномірно розподіляє тепло до бічних стінок канавки, повністю вирішуючи проблему неповного зварювання; з іншого боку, він діє як мішалка, активно перемішуючи розплавлену ванну, допомагаючи бульбашкам відриватися від фронту затвердіння та прискорюючи їх вигнання. Крім того, цей потужний потік розплавленої ванни оптимізує мікроструктуру зварного шва, перериваючи ріст грубих стовпчастих зерен і сприяючи подрібненню зерна, закладаючи основу для досягнення чудових механічних властивостей. Нарешті, успішна підготовка зварних з’єднань без дефектів товщиною 40 мм-, підтверджена результатами не-руйнівного тестування, потужно підтверджує повний замкнутий цикл цієї технології від теорії до практики, надаючи безцінне теоретичне керівництво та технологічні рішення для інженерного застосування лазерного зварювання товстих пластин.
03 Аналіз зображення та тексту
На малюнку 1 чітко показано експериментальну конфігурацію системи, використану в цьому дослідженні, яка є схематичною схемою принципу зварювання-лазерного коливального дроту-з вузьким зазором. Декілька основних компонентів зображено в деталях: високо{4}}потужна лазерна головка випромінює вертикально вниз, її лазерний промінь фокусується на товстій пластині з вузькою-канавкою; механізм подачі дроту точно подає зварювальний дріт збоку та спереду в зону взаємодії між лазерним променем і розплавленою ванною, забезпечуючи присадний метал для зварювання; одночасно сопло захисного газу коаксіально або збоку видуває інертний газ, щоб запобігти окисленню розплавленого металу при високих температурах. Збільшене схематичне коло яскраво ілюструє, що лазерна пляма, рухаючись уздовж напрямку зварювання, також зазнає високочастотного періодичного руху вздовж заданої траєкторії в площині X-Y.
малюнок 2,
за допомогою не-деструктивних рентгенівських-зображень візуально показує вирішальну роль коливань лазерного променя в придушенні дефектів пористості. Цей малюнок зазвичай складається з кількох розташованих поруч рентгенівських зображень, які порівнюють внутрішню якість зварних швів за різних умов зварювання. Базовий зразок ліворуч (без коливань) показує зварний шов, заповнений численними щільними порами. Ці чорні плями демонструють, що в традиційному режимі зварювання глибоким проплавленням велика кількість газу затримується і захоплюється металом, що швидко твердне, що призводить до серйозних дефектів. Однак зображення праворуч показують результати після застосування інших параметрів коливань. Чітко видно, що зі збільшенням амплітуди коливань кількість пор у зварному шві різко зменшується, а їх розподіл стає більш розрідженим. Коли параметри коливань оптимізовані до певного значення, дефекти пористості зварного шва майже повністю усуваються, в результаті чого зварний шов стає щільним і чистим. Висновок полягає в тому, що коливання лазерного променя є надзвичайно ефективним засобом придушення дефектів пористості під час лазерного зварювання товстих-пластин із вузькими-зазорами. Це демонструє, що завдяки раціональному управлінню розподілом енергії стабільність зварювального процесу можна істотно покращити, забезпечуючи важливий процес для досягнення високої -якісного зварювання.
На рисунку 3 використовується технологія високошвидкісної-камери для зйомки та порівняння динамічної поведінки «замкової щілини» на поверхні розплавленої ванни під час процесу зварювання. Цей малюнок зазвичай включає два набори послідовних зображень або відеокадрів. За не-осцилюючих умов зображення показують, що отвір замкової щілини дуже вузький, а його морфологія надзвичайно нестабільна, демонструючи сильні коливання, часті звуження та колапси. Така нестабільна поведінка є прямою причиною турбулентності розплавленого металу, захоплення захисного газу та утворення бульбашок. Навпаки, після застосування оптимізованих параметрів коливань морфологія замкової щілини принципово змінюється: її отвір стає значно ширшим і круглішим, і вона зберігає відносно стабільну форму протягом усього процесу зварювання зі значно збільшеним терміном служби.
На малюнку 4 показано кінцевий результат стикового зварювання пластини з нержавіючої сталі товщиною 40 мм за допомогою оптимізованого процесу лазерного коливального зварювання. Це зображення є макроскопічною металографічною фотографією поперечного{3}}розрізу полірованого та витравленого зварного шва, на якому повністю видно всю область з’єднання знизу до верху. Зображення показує, що зварний шов, утворений десятками шарів зварювальних валиків, досягає ідеального металургійного з’єднання з фасками основного металу з обох боків без видимих дефектів, таких як відсутність проплавлення, шлакових включень або тріщин. Кожен шар шва однорідний і щільний, з плавними переходами між шарами. Що ще важливіше, у поєднанні з результатами рентгенівського контролю це доводить відсутність об’ємних дефектів, таких як пори, у зварному шві по всій його товщині. Це успішно підтверджує, що технологія осциляції лазерного променя не лише чудово працює під час одно-зварювання, але також може бути успішно застосована для багато{10}}шарового, багато-зварювання товстих пластин із надзвичайно високими вимогами. Це вказує на те, що технологія має стабільне технологічне вікно та хорошу повторюваність, має великий потенціал для вирішення основних інженерних завдань, а також знаменує успішне перетворення результатів лабораторних досліджень у надійне та високо{13}}якісне рішення для зварювання товстих пластин.
04 Висновок:
У цьому документі систематично розглядається та перевіряється значна ефективність технології осциляції лазерного променя для усунення ключових дефектів (пористість і відсутність плавлення) під час зварювання нержавіючої сталі 316L товщиною 40 мм дротом-з вузьким{0}}зазором. Зіткнувшись із проблемами традиційного зварювання глибоким проплавленням, яке страждає від значної пористості через нестабільність замкової щілини та відсутність плавлення, викликаного концентрованою енергією, це дослідження демонструє, що впровадження високочастотних-кругових коливань лазерного променя може повністю усунути дефекти пористості всередині зварного шва та значно покращити якість зварювання. Основна цінність полягає в його-глибокому аналізі механізмів. Використовуючи високошвидкісну-фотографію, дослідження показує, що технологія коливань перетворює режим зварювання з глибокої, нестабільної замкової щілини, схильної до зруйнування, на широку, неглибоку, стабільну та-тривалішу відкриту ванну розплаву. Цей стабільний розплавлений канал істотно зменшує захоплення газу та забезпечує достатні шляхи виходу та час для будь-яких випадково утворених бульбашок, таким чином ефективно очищаючи басейн розплаву. Одночасно високочастотне-коливання викликає сильний ефект вихрового перемішування в розплавленому басейні. Цей активний потік розплавленого металу не тільки більш рівномірно розподіляє тепло по бічних стінках канавки, усуваючи ризик відсутності плавлення, але також прискорює висхідний рух залишкових бульбашок через перемішування. Крім того, це сильне поле потоку порушує безперервний ріст грубих стовпчастих зерен під час затвердіння, сприяючи утворенню рівновісних зерен у центрі зварного шва, досягаючи подрібнення зерна та закладаючи основу для покращення механічних властивостей з’єднання.
