01 Papir Uvod
Trenutno se malo pažnje posvećuje razlozima zbog kojih razmak žica kod laser-hibridnog zavarivanja uzrokuje defekte zavarivanja, posebno kod zavarivanja debelih ploča, gdje je nestabilnost formiranja debele ploče veća i veća je vjerovatnoća da će se pojaviti defekti u zavarivanju. Da bi se dalje razumio uticaj razmaka žica na formiranje defekata kod hibridnog zavarivanja debelih ploča, ova studija je koristila hibridno zavarivanje velike-brzine, velike-laserske žice-zavarivanja 12 mm debljine AH36 čeličnih ploča za brodove. Kamera velike brzine korišćena je za posmatranje prenosa kapljica i protoka rastopljenog bazena, a numeričke simulacije su korišćene za proučavanje specifičnog ponašanja toka rastopljenog bazena. Ovo pojašnjava mehanizam kojim razmak žica utiče na formiranje defekata u žičanom{10}}laserskom hibridnom zavarivanju.
02 Pregled rada:
Laser-Hibridno zavarivanje (LAHW), kao široko perspektivna metoda spajanja, privuklo je značajnu pažnju u spojevima debelih ploča u brodogradnji. Kao jedan od najkritičnijih parametara zavarivanja kod hibridnog-lučnog zavarivanja, razmak između laserskog snopa i luka može značajno utjecati na efekat sprege između lasera i luka, posebno u uvjetima velike{3}}laserske snage i velikih-uvjeta zavarivanja. Stoga, istraživanje uticaja razmaka snopa na zavarivanje ima važan teorijski značaj za buduća istraživanja i industrijsku proizvodnju. Ovaj rad koristi -fotografiju velike brzine procesa zavarivanja za analizu utjecaja razmaka snopa na prijenos kapljica i stabilnost toka rastopljenog bazena, te kombinuje numeričku simulaciju za ispitivanje mehanizma formiranja defekata zavarivanja. Rezultati pokazuju da se odgovarajućim razmakom snopa može postići dobro -oblikovani zavari bez očiglednih nedostataka zavarivanja. Kada je razmak snopa preblizak, prekomjerni efekat spajanja između lasera i luka dovodi do nestabilnog prijenosa kapljica i toka rastopljenog bazena, što rezultira defektima zavarivanja kao što su prskanje i podrezivanje. Kada je razmak između greda prevelik, efekat spajanja dva izvora topline je oslabljen, ojačanje zavara se smanjuje i mogu se pojaviti defekti poroznosti.
03 Grafička analiza:
Iz slika morfologije površine zavara i morfologije poprečnog presjeka pod različitim razmacima laserskih zraka (Slika 1), može se vidjeti da formiranje površine šava značajno varira s različitim razmacima laserskih zraka, dok je morfologija poprečnog presjeka zavarenih spojeva pod različitim razmacima slična, sve izgleda peharastog- oblika. Kada je razmak laserskog snopa 4 mm, nema očiglednih nedostataka u zavarivanju, a formiranje vara je optimalno.
Kao što se može vidjeti na slici 2, kako se razmak između optičkih vlakana postepeno povećava od 0 mm do 8 mm, frekvencija prijelaza kratkih-spojeva prvo opada, a zatim raste.
Kao što se može vidjeti na slici 3, kada se koristi čisto MAG zavarivanje, u režimu mlaznog prijelaza, smjer prijelaza mlaza je duž linije kašnjenja vrha žice. Kada se doda laser za hibridno zavarivanje, ugao otklona prijelaza mlaza značajno se mijenja.
Iz statističkog grafikona na slici 5, može se vidjeti da učestalost prijelaza kratkih-spojeva u početku opada, a zatim raste. Veličina kuta otklona prijelaza mlaza postepeno se smanjuje kako se rastojanje između optičkih vlakana povećava od 0 mm do 4 mm. Kada se razmak između vlakana dodatno poveća na 6-8 mm, efekat lasera na ugao otklona prelaza mlaza postepeno nestaje.
Kao što se može vidjeti sa slike 6, dio defekata prskanja nastaje zbog nestabilnih prijelaza kratkog-spoja. Na T+5.9 ms, most od rastopljenog metala prolazi kroz fenomen 'rupture vrata', formirajući mnogo finih prskanja.
Kao što se može vidjeti sa slike 7, zbog utjecaja sila metalne pare unutar ključaonice i udarca uzrokovanog prijelazom kapljica, na stražnjoj poziciji ključaonice, rastopljeni metal na površini zavarenog bazena teče prebrzo i odvaja se od bazena, stvarajući prskane defekte.
Iz rezultata numeričke simulacije na slici 8, može se vidjeti da je pod kombinovanim djelovanjem lasera i luka temperatura rastopljenog metala u blizini centra rastopljenog bazena viša i brzina protoka je veća. To uzrokuje da se rastopljeni metal akumulira prema središtu bazena. Kako se zavar hladi, rastopljeni metal s obje strane nastavlja se kretati prema srednjem području pod utjecajem Marangoni sile, što rezultira stvaranjem podrezanih defekata na obje strane vara.
Kao što se može vidjeti sa slike 9, kada je razmak između filamenata prevelik, efekat predgrijavanja luka je oslabljen, efekat laserskog zagrijavanja donjeg dijela ključaonice se smanjuje, a stabilnost rupe se pogoršava. Zbog nedovoljne energije koja se prenosi na dno vara, donja polovina ključaonice postaje nestabilna i ne može ostati neprekidno otvorena, što otežava izlazak unutarnjih mjehurića plina, što na kraju rezultira defektima poroznosti.
03 Sažetak i Outlook
Ovaj rad koristi visoko{0}}lasersko-MAG zavarivanje na AH36 čeliku debljine 12 mm za proučavanje formiranja zavara, prijelaza kapljica i ponašanja toka rastopljenog bazena. Nadalje, raspravlja se o utjecaju razmaka laserske žice na proces zavarivanja i mehanizmu nastanka defekta šava. Glavni zaključci su sljedeći: (1) Kada je snaga lasera 9,5 kW, brzina povlačenja žice 10 m/min, brzina zavarivanja 1,8 m/min, a razmak laserske žice je 4 mm, postiže se najbolja formacija vara, sa ojačanjem vara od 0,28 mm i širinom vara kao što je pod širinom vara 5,02 mm, pod razmakom šava, bez defekta 2 mm. Razmak laserskih žica značajno utiče na oblik prijelaza kapljica (mlaz + kratko-prijelaz). Kako se razmak laserskih žica povećava, frekvencija kratkog-prijelaza kratkog spoja prvo opada, a zatim raste. Kada je razmak laserskih žica 0, 2, 4, 6 i 8 mm, frekvencija prijelaza kratkog-spoja je 161 Hz, 124 Hz, 95 Hz, 116 Hz, odnosno 138 Hz. Ugao otklona prijelaza mlaza opada sa povećanjem razmaka žica. Kada je razmak žica veći od 6 mm, razmak žica više ne utiče na ugao otklona, što je u skladu sa jednim MAG zavarivanjem. (3) Prskanje se uglavnom formira iznad laserske ključaonice i na zadnjoj strani rastopljenog bazena. Kratki{37}}prijelaz kapljica kratkog spoja inducira grčenje i pucanje mosta tečnog metala, formirajući više malih metalnih kapljica, na koje dalje utiče metalna para izbačena iz ključaonice, što rezultira prskanjem. Dodatno, na rastopljeni bazen utječe oblak pare i udarna sila prijelaza kapljica, što uzrokuje povećanje brzine protoka rastopljenog metala na stražnjoj strani. Kada rastopljeni metal teče dijagonalno prema gore brzinom od 0,3 m/s, dio rastopljenog metala se odvaja od bazena, formirajući prskanje. (4) Formiranje podrezanih defekata usko je povezano sa protokom rastopljenog metala. Istopljeni metal u području{44}}puhanog plina i oko ključaonice neprekidno teče unazad, uzrokujući podizanje stražnje strane bazena. Kako se područje zavara postepeno učvršćuje, pod Marangoni silom, rastopljeni metal na relativno hladnijim stranama vara teče prema vrućem centru, ostavljajući nedovoljno rastopljenog metala na vrhu zavara i rezultirajući defektima podrezivanja. (5) Kada je razmak laserske žice prevelik, vjerovatno će se pojaviti poroznost unutar zavara. Efekat spajanja između lasera i luka je značajno oslabljen, što dovodi do skoro razdvajanja rastopljenih bazena lasera i luka, smanjujući energiju koja se prenosi na dno šava. Ovo smanjuje stabilnost na dnu ključaonice, što otežava mjehurićima da pobjegnu iz rastopljenog bazena, na kraju stvarajući defekte poroznosti kako se zavar hladi i učvršćuje.
