Kuwotcherera kwa Laser - Mphamvu ya Ma Parameter Osinthasintha pa Adjustable Ring Mode (ARM) Kuwotcherera kwa Laser kwa Aluminiyamu Alloys

Kuwotcherera kwa Laser - Mphamvu ya Ma Parameter Osinthasintha pa Adjustable Ring Mode (ARM) Kuwotcherera kwa Laser kwa Aluminiyamu Alloys

1. Chidule

Kafukufukuyu akufufuza zotsatira za kuchuluka kwa oscillation ndi frequency pa khalidwe la pamwamba, macro ndi microstructures, ndi porosity ya adjustable ring mode (ARM)cholumikizira cha laserMa plate a aluminiyamu a A5083. Zotsatira zake zikusonyeza kuti ndi kuwonjezeka kwa kuchuluka kwa oscillation amplitude ndi frequency, ubwino wa weld pamwamba umakula. Pamene amplitude ikuwonjezeka, weld cross-section imasintha kuchoka pa mawonekedwe a "chikho" kukhala mawonekedwe a "crescent". Kusanthula kwa microstructure kumasonyeza kuti kukula kwa tirigu wa weld sikuchepa ndi kuwonjezeka kwa oscillation amplitude ndi frequency chifukwa cha mpikisano pakati pa stirging effect ndi kuchepetsa liwiro lozizira. Weld porosity imachepa ndi kuwonjezeka kwa magawo a oscillation, kufika pa porosity yomaliza ya 0.22% pamene amplitude ndi 2 mm. Three-dimensional X-ray tomography ikutsimikiziranso mphamvu ya oscillation pa magawano a pore: ma pores akuluakulu amakonda kusonkhana kumbuyo kwa dziwe losungunuka, pomwe ma pores ang'onoang'ono amasonyeza kusinthasintha bwino. Kafukufukuyu amapereka chidziwitso chofunikira chowongolera magawo a oscillation kuti akwaniritse laser welding yapamwamba kwambiri mu A5083 aluminiyamu alloy.

2 Mbiri ya Makampani

Ma aluminiyamu okhala ndi ma aloyi ali ndi ubwino wolemera pang'ono, mphamvu yeniyeni, komanso kukana dzimbiri, ndipo amagwiritsidwa ntchito kwambiri m'magalimoto, sitima yapamtunda, ndege ndi mafakitale ena. Kuwotcherera kwa laser kuli ndi ubwino wogwira ntchito bwino, malo ochepa omwe amakhudzidwa ndi kutentha, komanso kusintha pang'ono kwa kuwotcherera. Chifukwa chake,Kuwotcherera ndi laser ndi njira yotsika mtengo yowotcherera yoyenera mbale zokhuthala, zomwe zingachepetse kwambiri kuchuluka kwa ma weld pass. Ma porosity ndi vuto lalikulu pakuwotcherera kwa laser kwa aluminiyamu, zomwe zimakhudza kwambiri mawonekedwe a makina a ma welded. Chifukwa chake, maphunziro ambiri achitika kuti achepetse ndikuchotsa mapangidwe a porosity, kuphatikizapo kukonza mpweya woteteza, kugwiritsa ntchito ukadaulo wa dual-beam, kugwiritsa ntchito makina amphamvu a laser osinthidwa, komanso kugwiritsa ntchito njira zowotcherera. Ukadaulo wowotcherera wa laser oscillating umadziwika bwino chifukwa cha kuthekera kwake kophatikiza zabwino za kuwotcherera kwa laser ndi mawonekedwe ake. Kugwiritsa ntchito kuwotcherera kwa laser oscillating sikungochepetsa porosity komanso kukonza kapangidwe ka weld ndikuwonjezera ubwino wa weld. Kafukufuku wambiri wayang'ana kwambiri mbali zosiyanasiyana za kuwotcherera kwa laser oscillating, kuphatikiza kuchepetsa porosity, kukonza kugawa kwa mphamvu, kukonza kapangidwe ka tirigu, ndi mawonekedwe a kusungunuka kwa madzi mu dziwe losungunuka. Kugawa kwa mphamvu ya laser kumachita gawo lofunikira pakugawa kutentha ndi kuzama kwa kulowa kwa laser. Pa kuchuluka kwa oscillation amplitude, ndi kuwonjezeka kwa ma scanning frequency, njira yowotcherera imasintha kuchoka pa kuwotcherera kozama kupita ku kuwotcherera kosakhazikika, ndipo pamapeto pake kupita ku kuwotcherera kwa kutentha. Zotsatira zake zikusonyeza kuti kuwonjezereka kwa kuchuluka kwa ma scanning ndi ma frequency kungachepetse kufalikira kwa ma porosity, komanso kuchepetsa kwambiri kuzama kwa weld, motero kuchepetsa mphamvu za makina a weld. M'zaka zaposachedwapa, laser yosinthika ya ring mode (ARM) yapangidwa, yomwe imagawa mphamvu ya laser kukhala core yokhala ndi mphamvu zambiri komanso mphete yokhala ndi mphamvu zochepa, cholinga chake ndikukhazikitsa keyhole ndikukweza ubwino wa weld. Ofufuza agwiritsa ntchito weld yozungulira ya laser ya ARM kuti asungunule ma alloys a aluminiyamu amphamvu a 6xxx pansi pa ma core/ring power ratios osiyanasiyana ndi m'lifupi mwa oscillation. Zotsatira za kuyesera zikuwonetsa kuti chinthu chachikulu chomwe chimakhudza weld geometry ndi m'lifupi mwa oscillation, osati chiŵerengero cha mphamvu ya core-ring. Komabe, kugawa kwa ma pore ndi njira yake yoletsa pansi pa superposition ya oscillation ndi ARM laser sizinaphunzire. Mu pepalali, ukadaulo watsopano wa weld wozungulira wa laser wa ARM wagwiritsidwa ntchito kuti uchepetse kufalikira kwa weld, kupeza kuzama kwakukulu kolowera komanso khalidwe labwino la weld. Kafukufuku wokwanira wokhudza kugawa mphamvu ya laser, khalidwe la dziwe losungunuka, ndi kapangidwe kake ka microstructure pansi pa ma frequency osiyanasiyana a oscillation ndi amplitudes amachitika.

3. Zolinga ndi Njira Zoyesera

Ukadaulo wozungulira wa laser wozungulira wowotcherera unagwiritsidwa ntchito kulumikiza zitsulo za aluminiyamu. Zipangizo zoyambira (BM) zinali 5083-O aluminiyamu yokhala ndi miyeso ya 300mm × 100mm × 5mm (kutalika × m'lifupi × makulidwe), ndipo kapangidwe kake ka mankhwala kakuwonetsedwa patebulo. Asanalowetse, zitsanzozo zinkapukutidwa kuti zichotse filimu ya okusayidi pamwamba, kenako n’kutsukidwa ndi acetone mu bafa la ultrasonic kwa mphindi 15 kuti zichotse mafuta pamwamba.dongosolo lowotcherera la laserMakamaka imakhala ndi loboti ya Kuka, laser ya disk ya TruDisk 8001, ndi scanner ya 3D PFO galvanometer. Laser ya disk ya TruDisk 8001 idagwiritsidwa ntchito ngati gwero la laser yosinthika ya ring mode, yokhala ndi chiŵerengero cha core/ring fiber cha 100/400 μm ndi mphamvu yayikulu yotulutsa ya 8 kW (wavelength ya 1030 nm, parameter ya beam quality ya 4.0 mm·rad). Beam ya laser imapangidwa ndi gawo la core ndi gawo la ring, pomwe laser yomwe ili pakati pa core imapanga keyboo (60% ya mphamvu ya laser), ndipo laser yomwe ili mkati mwa ring imatsimikizira kugawa kwabwino kwa kutentha (40% ya mphamvu ya laser), monga momwe zasonyezedwera pa Chithunzi (b). Kutalika kwa collimator ndi lens yolunjika ndi 138 mm ndi 450 mm, motsatana. Pa nthawi yogwiritsa ntchito welding, kamera ya Phantom V1840 yothamanga kwambiri komanso gwero la kuwala kwa Cavilux lokhala ndi ma frequency apamwamba zinagwiritsidwa ntchito kuyang'anira njira yogwiritsira ntchito welding nthawi yeniyeni, ndi liwiro lowombera la 5000 fps ndi nthawi yowonekera ya 1 μs. Mu kafukufukuyu, njira yozungulira ya beam oscillation, njira yoyendera laser, ndi liwiro la nthawi yomweyo zafotokozedwa monga momwe zasonyezedwera pachithunzichi.

4 Zotsatira ndi Kukambirana

4.1 Makhalidwe a Weld Maonekedwe a pamwamba pa weld pansi pa njira zosiyanasiyana zozungulira laser akuwonetsedwa pachithunzichi. Zotsatira zikusonyeza kuti pamwamba pa weld pa welding yowongoka yachizolowezi ndi yolimba (yolimba ya 78.01 μm), yokhala ndi ma ripples osakwanira a weld komanso kufalikira kosakwanira kwa weld. Kupanga weld kosakwanira, kufalikira kwakukulu, ndi kudula pang'ono kunawonedwanso. Ndi kuchuluka kwa kusinthasintha ndi kuchuluka kwa kugwedezeka, pamwamba pa weld pamakhala mamba okhuthala komanso ofanana a nsomba. Kukhwima kwa pamwamba pa welds ndi kufalikira kwa kugwedezeka kwa 0.5 mm, 1 mm, ndi 2 mm ndi 80.71 μm, 49.63 μm, ndi 31.12 μm, motsatana. Palibe zolakwika kapena kutuluka komwe kumachitika chifukwa cha kuphulika. Zotsatirazi zikusonyeza kuti kusinthasintha kwakukulu kumabweretsa kuyenda bwino kwa dziwe losungunuka, mphamvu yolimbikira ya laser beam, komanso pamwamba pa weld yabwino kwambiri. Mwachidule, mawonekedwe a laser weld amagwirizana ndi kayendedwe ka kuwala kwa laser. Pakuwotcherera, kusintha kwa kuchuluka kwa oscillation ndi ma frequency kumasintha liwiro la welding, motero kumakhudza kuchuluka kwa mphamvu yolunjika komanso kutentha konse kwa laser. Kapangidwe ka weld kamagawika ngati "chikho", komwe kali ndi magawo awiri: gawo lotsika ndi "tsinde", ndipo gawo lapamwamba ndi "mbale". Kuzama kolowera ndi "tsinde" kumatanthauzidwa ngati H1 ndi H2, motsatana, ndipo m'lifupi mwa weld ("mbale") ndi "tsinde" kumatanthauzidwa ngati W1 ndi W2, motsatana. M'lifupi mwa weld zonse W1 ndi W2 zimawonjezeka mogwirizana ndi kuwonjezeka kwa kuchuluka kwa oscillation, ndipo mawonekedwe a weld pang'onopang'ono amasintha kuchoka pa mawonekedwe a "chikho" kupita ku mawonekedwe a "crescent". Kuchuluka kwa mphamvu ya laser kumawonekera pamalo olumikizirana. Poyerekeza Zifaniziro (b, d) ndi (c, e), zitha kuwoneka kuti kuwonjezeka kwa ma frequency ojambulira kudzawonjezera malo olumikizirana a trajectory panjira yojambulira, zomwe zimapangitsa kuti kugawa kwa mphamvu ya laser kukhale kofanana. Komabe, kuchepetsa kuchuluka kwa mphamvu kudzapangitsa kuti kuzama kwa weld kuchepe.

4.2 Khalidwe la Dziwe Losungunuka Kuti timvetse bwino momwe njira yowunikira imakhudzira khalidwe la dziwe losungunuka, makina a kamera othamanga kwambiri adagwiritsidwa ntchito kuti aone momwe dziwe losungunuka ndi dzenje la kiyi zimasinthira. Chithunzi (a) chikuwonetsa momwe dziwe losungunuka limasinthira pansi pa njira yolunjika. Zithunzi (bf) ndi zithunzi za kusintha kwa dziwe losungunuka pansi pa magawo osiyanasiyana a kugwedezeka. Ndi kuwonjezeka kwa kuchuluka kwa kugwedezeka ndi kukula, gawo lakumbuyo la dziwe losungunuka limakhala lozungulira kwambiri chifukwa cha kukula kwa dziwe losungunuka. Pamene kutalika kwa dziwe losungunuka kukuwonjezeka, kusinthasintha kwa pamwamba komwe kumachitika chifukwa cha kuphulika kwa dzenje la kiyi kumachepa panthawi yofalikira kumbuyo. Chifukwa chake, chitsulo chosungunuka chimalimba bwino komanso nthawi zonse kumapeto kwa dziwe losungunuka, ndikupanga mamba ofanana komanso okhuthala a nsomba. Chithunzichi chikuwonetsa kusintha kwa malo otsegulira makiyi panthawi yolumikiza laser, komwe kumachokera ku zithunzi zojambulira mwachangu za dziwe losungunuka. Monga momwe zasonyezedwera pa Chithunzi (a), panthawi yolumikiza mzere wolunjika, kukula kwa kutsegula makiyi kukuwonetsa kusinthasintha koonekeratu. Zochitika zingapo za kutsekedwa kwa makiyi (0 mm²) zinawonedwa, ndipo malo otsegulira makiyi apakati ndi 0.47 mm². Kuwonjezeka kwa kuchuluka kwa maginito kungachepetse kusinthasintha ndikuwonjezera kukhazikika. Izi zili choncho chifukwa mu kulowetsa maginito, mphamvu zambiri zimagawidwa mbali zonse ziwiri. Chifukwa chake, malo otulukira pa kiyibowo amakula, ndipo kuchuluka kwa maginito kumawonjezeka, motero kumawonjezera malo otsegulira. Kuwonjezeka kwa kuchuluka kwa maginito kumakulitsa kuchuluka kwa kuwala kwa laser, zomwe zimapangitsa kuti radius ya kayendedwe ka nthawi ndi nthawi ka kiyibowo. Chifukwa cha kukhuthala kwa chitsulo chosungunuka ndi kupanikizika kwa hydrodynamic komwe kumagwira ntchito pafupi ndi khoma la kiyibowo, kuyenda kwa eddy current kumachitika mu dziwe losungunuka pafupi ndi kutsegula kwa kiyibowo. Kukula kwa malo otsegulira kiyibowo kumawonjezera kukhazikika kwake, kupewa kupangika kwa thovu, motero kumaletsa kwambiri ma porosity.

4.3 Kapangidwe Kakang'ono Chithunzichi chikuwonetsa mawonekedwe a EBSD a gawo lozungulira la weld pansi pa ma frequency osiyanasiyana a oscillation ndi amplitudes. Pafupi ndi mzere wosakanikirana wa laser weld, timbewu ta columnar dendrite timakula kupita pakati pa weld. Monga momwe zasonyezedwera pa Chithunzi (a), pakati pa madera a "mbale" ndi "tsinde", kusiyana koonekeratu pakugawa kwa timbewu ta columnar kumatha kuwonedwa. Timbewu ta columnar timagawidwa mu mawonekedwe a U pakhoma la "mbale", pomwe m'chigawo cha "tsinde", timbewu ta columnar timagawidwa mu mawonekedwe a U pa mzere wosakanikirana. Panthawi yolimba ya weld, timbewu ta columnar tomwe tili mu fusion zone timagwira ntchito ngati malo a nucleation kutsogolo kwa solidification ndipo makamaka timakula molunjika kumalire a dziwe losungunuka motsatira njira ya gradient yayikulu ya kutentha. Izi zimachitika chifukwa mphamvu yayikulu ya laser imabweretsa kutentha kwambiri mkati mwa dziwe losungunula. Gradient yayikulu ya kutentha G ndi kuchuluka kwa kukula kwapakati R zimapangitsa G/R kukhala yayikulu kuposa malire a kusintha kwa microstructure, zomwe zimapangitsa kuti timbewu ta columnar tipangidwe. Kutentha kwa G pakati pa weld kumachepa, zomwe zimapangitsa kuti chiŵerengero cha G/R chitsike pang'onopang'ono pansi pa malire osinthira kapangidwe ka microstructure, kusintha kukhala tirigu wofanana. Tirigu wofanana ali pakati pa "mbale" ndi "tsinde". Popeza "tsinde" la weld ndi lopapatiza komanso pafupi ndi maziko, limalimba kwathunthu pamaso pa "mbale" panthawi yozizira. Gawo la "tsinde" lolimba limagwira ntchito ngati malo a nucleation pansi pa "mbale", kulimbikitsa kukula kwa tirigu wozungulira. Chithunzicho chikuwonetsa njira zowongoka komanso zozungulira. Zikusonyezedwa kuti kusintha kosalekeza kwa malo a laser beam mu laser oscillating welding kudzawonjezera kutalika kwa dziwe losungunuka lapakati, ndikusungunulanso chitsulo cholimba kale, zomwe zimapangitsa kuti tirigu ayambe kukula pang'onopang'ono. Izi zitha kupangitsa kuti G/R ichepe m'dera lotsika la tirigu wofanana.

4.4 Kugawa kwa Ma Porosity X-ray tomography ya magawo atatu idagwiritsidwa ntchito pofufuza bwino weld, kupeza kugawa kwa ma pores mu weld, monga momwe zasonyezedwera pachithunzichi. Ma Porosity amawerengedwa ngati kuchuluka konse kwa ma pores komwe kumagawidwa ndi kuchuluka konse kwa weld. Poyerekeza mawonekedwe a ma pore ndi kugawa kwa ma weld oyenda molunjika a laser ndi ma weld oyenda mozungulira a laser, zapezeka kuti ma weld oyenda molunjika a laser ali ndi ma pores akuluakulu, okhala ndi ma pores a 2.49%, omwe ndi okwera kwambiri kuposa a ozungulira.ma weld ozungulira a laser. Poyerekeza Zithunzi (b, c) ndi (d, e), zitha kuwoneka kuti kuwonjezera kuchuluka kwa oscillation kumathandiza kuletsa mapangidwe a pores. Poyerekeza Zithunzi (b, d) ndi (c, e), zitha kuwoneka kuti kuwonjezeka kwa oscillation amplitude kumachitanso gawo lofunika kwambiri pakuletsa mapangidwe a pores. Pamene oscillation amplitude ikuwonjezeka kufika pa 2 mm (Chithunzi (f)), porosity imachepetsedwa kufika pa 0.22%, kusiya ma pores ang'onoang'ono ndi ang'onoang'ono okha. Chithunzichi chikuwonetsa kufalikira kwa malo a pores pamtunda wosiyana kuchokera pakati pa weld, kuyimira porosity kutengera kukula kwa malo a pores. Pa welding yowongoka, malo a pores amagawidwa molingana pamzere wapakati wa weld, ndipo pang'onopang'ono amachepa ndi kuwonjezeka kwa mtunda kuchokera pakati pa weld. Zotsatira zake zikuwonetsa kuti ma pores oyambitsidwa ndi keyhole makamaka amakhala kumbuyo kwa dziwe losungunuka pa weld centerline. Pa welding yozungulira ya laser, kufanana kwa magawano a pores kumakhala kofooka. Chithunzichi chikuwonetsa malo a mbole pamtunda wosiyana kuchokera pamwamba pa weld, komwe mzere wofiira ukuyimira malire pakati pa madera a "mbale" ndi "tsinde". Pankhani ya pores akuluakulu (Zithunzi (ac)), malo a pores pamwamba pa malire amakhala oposa 85%. Izi zili choncho chifukwa kusintha kwa contour pa malire aatali a itudinal kumatha kugwira thovu mu dziwe la weld, ndipo thovu lomwe lagwidwa limakonda kusuntha mmwamba chifukwa cha kuyandama. Pankhani ya pores ang'onoang'ono akuluakulu (Zithunzi (df)), pores amakhala m'derali mkati mwa 0.5 mm pansi pa mzere wa malire. Nthawi yochepa yozizira komanso kusuntha pang'ono mmwamba kungakhale chifukwa cha izi.

5 Mapeto

(1) Njira zosiyanasiyana zosinthira kuwala kwa laser zimakhala ndi zotsatira zomveka bwino pamwamba pa weld. Kutalika kwakukulu ndi ma frequency ambiri zimatha kusintha mawonekedwe a pamwamba, pomwe magawo osinthira kuwala kwakukulu amatha kuwonjezera kukhwima ndikuyambitsa zolakwika za concave.

(2) Kapangidwe ka weld kamadalira makamaka magawo a laser oscillation, omwe amakhudza liwiro la weld, kugawa kwa mphamvu, ndi kutentha konse. Pamene kuchuluka kwa oscillation kukwera, mawonekedwe a weld amasintha kuchoka pa "chikho" kupita ku "crescent", ndipo chiŵerengero cha mbali chimachepa.

(3) Pamene kuchuluka kwa kugwedezeka ndi kuchuluka kwa kugwedezeka, dziwe losungunuka limakhala lalikulu ndipo gawo lakumbuyo limakhala lozungulira. Kugwedezeka kumawonjezera kutalika kwa dziwe losungunuka, zomwe zimathandiza kuti thovu lituluke komanso kuti likhale lolimba mofanana. Pakuwotcherera molunjika, malo otsegulira makiyi amasinthasintha; kunena zoona, kusinthasintha kumeneku kungachepe, zomwe zimapangitsa kuti kukhazikika kwa kuwotcherera kukhale bwino.

(4) Kuwonjezeka kwa kuchuluka kwa oscillation ndi ma frequency kumachepetsa kutentha kwa nthaka komanso kukula kwa nthaka, zomwe zimathandiza kupanga tirigu waukulu. Komabe, mphamvu yosonkhezera pogwiritsa ntchito laser imathandiza kukonza kukula kwa tirigu ndikuwongolera mphamvu ya kapangidwe kake. Pansi pa magawo osiyanasiyana a laser, kuuma kwa weld kumakhala kokhazikika, kotsika pang'ono kuposa kwa zinthu zoyambira, zomwe zitha kukhala chifukwa cha kutayika kwa magnesium mu evaporation.

(5) Kujambula kwa X-ray kwa magawo atatu kumasonyeza kuti kuwotcherera kolunjika kuli ndi ma porosity apamwamba (2.49%) komanso kuchuluka kwa ma pore kuposa kuwotcherera kozungulira. Kuchulukitsa magawo a oscillation kumatha kuchepetsa kwambiri ma porosity, mpaka kufika pa 0.22% pamene amplitude ndi 2 mm. Kugawa kwa malo a ma pore kumasinthasintha ndi oscillation: ma pores akuluakulu amasonkhana kumbuyo kwa dziwe losungunuka, ndipo ma pores ang'onoang'ono amakhala ndi ma symmetry abwino. Ma pores akuluakulu amagawidwa makamaka pamwamba pa malire pakati pa madera a "mbale" ndi "tsinde", pomwe ma pores ang'onoang'ono amakhala pansi pa malire.