01 Вступ до паперу
Алюмінієві сплави через їх високу відбивну здатність і високу теплопровідність схильні до утворення бризок під час традиційного лазерного зварювання через надмірну щільність енергії та нестабільні замкові щілини, що впливає на якість зварювання та ефективність компонентів. У цьому дослідженні досліджується механізм за допомогою експериментів (встановлення різних загальних потужностей лазера, співвідношення потужності сердечника/кільця та швидкостей зварювання, спостереження за динамікою шлейфів пари та бризок за допомогою високо-швидкісної камери та аналізу морфології зварного шва за допомогою ультра-мікроскопа--польового поля) і три-вимірної перехідної мультифізики поєднане числове моделювання. Він показує, що кільцевий лазер попередньо нагріває передній край ванни розплаву, зменшуючи коливання лазерного поглинання та стабілізуючи викид шлейфу пари, щоб придушити розбризкування. Крім того, була створена кількісна модель, яка пов’язує температуру попереднього нагріву із загальною потужністю, коефіцієнтом потужності кільця та швидкістю зварювання, що свідчить про те, що температура попереднього нагрівання повинна бути в діапазоні між температурами плавлення та кипіння основного матеріалу. Дослідження визначає критерії для вибору параметрів процесу без-розбризкування, а експерименти підтверджують, що розбризкування значно зменшується в межах цього діапазону параметрів, надаючи теоретичні вказівки та стратегії промислового застосування для високоякісного-лазерного зварювання сплавів із високим відбиттям.
02Підсумок
Ця стаття базується на методі, що поєднує експерименти та три-вимірне численне моделювання перехідних процесів мультифізики. Експеримент був націлений на 6061 пластину з алюмінієвого сплаву, встановивши шість співвідношень потужності сердечника/кільця (від 10:0 до 0:10), три швидкості зварювання (40 мм/с, 60 мм/с, 80 мм/с) і фіксовану загальну потужність лазера (6000 Вт). Високошвидкісні-камери використовувалися для спостереження за шлейфами пари та бризками, над-мікроскопи--польового поля для аналізу морфології зварного шва, а також був розроблений порівняльний експеримент із фіксованою центральною потужністю. Чисельне моделювання використовувало модель CFD для моделювання теплового потоку басейну розплаву, лазерного поглинання та інших фізичних процесів. Експерименти показали, що чим вища частка потужності кільцевого лазера, тим більш рівномірна поверхня зварного шва (різниця від-до-долини зменшена з 1,40 мм до 0,41 мм), а частота розбризкування зменшилася на 65%. Було також виявлено, що кільцевий лазер попередньо нагріває передню частину купи розплаву, звужує діапазон коливань лазерного поглинання та стабілізує шлейф пари, що пригнічує бризки. Нарешті, була створена кількісна модель температури попереднього нагрівання та параметрів процесу, яка передбачає, що температура попереднього нагрівання повинна бути між точкою плавлення та кипіння основного матеріалу. Було отримано та перевірено параметри-процесу без бризок, що дало теоретичне керівництво для-лазерного зварювання алюмінієвих сплавів без бризок.
03 Аналіз зображення та тексту
Рисунок 1 містить дві основні частини інформації: по-перше, малюнок 1(a) представляє основну апаратну конфігурацію регульованого кільцевого-режиму лазерного зварювання, включаючи положення та з’єднання компонентів, таких як програмований волоконно-лазерний пристрій CFX-8000, робот, лазерна головка обробки та високо-камера, уточнюючи операційну логіку експериментальної установки та забезпечуючи апаратну основу для наступних експериментальних параметрів налаштування та спостереження за розбризкуванням і шлейфами пари, забезпечення стандартизації експериментальних операцій і збору даних; по-друге, малюнок 1(b) візуалізує ключові фізичні процеси в лазерному зварюванні, такі як зміна фази, поглинання лазера та динаміку пари, побудову фізичної основи для взаємодії між лазером і матеріалами, забезпечуючи теоретичну основу для три-вимірного перехідного багатофізичного числового моделювання з поєднанням поля та допомагаючи зрозуміти основні механізми утворення бризок.
04Висновок
Це дослідження зосереджено на проблемі бризок при регульованому кільцевому лазерному зварюванні алюмінієвих сплавів. За допомогою експериментів (встановлення різних співвідношень потужності сердечника/кільця, швидкості зварювання, у поєднанні зі спостереженням за допомогою високо-швидкісних камер і мікроскопів із--розширеним полем глибини) і-тривимірного перехідного процесу мультифізики в поєднанні з чисельним моделюванням механізм, за допомогою якого кільцеві лазери пригнічують бризки-шляхом попереднього нагрівання переднього краю розплавленого було виявлено пул, звужуючи флуктуації поглинання лазера та стабілізуючи шлейф пари-. Було створено кількісну модель, яка пов’язує температуру попереднього нагрівання з параметрами процесу, згідно з якою температура попереднього нагрівання повинна бути між точкою плавлення та температурою кипіння основного матеріалу. Критерії параметрів процесу без-розбризкування були виведені та експериментально підтверджені, уточнюючи діапазон вибору параметрів-для зварювання алюмінієвих сплавів без бризок. Це може спрямувати галузі, які покладаються на легкі алюмінієві компоненти, як-от автомобілебудування, для вирішення поширених проблем великого розбризкування та низької якості зварювання під час звичайного лазерного зварювання, сприяючи розвитку високо-якісного та високостабільного промислового застосування лазерного зварювання алюмінієвих сплавів.
