01Papierintroductie
Aluminiumlegeringen hebben, vanwege hun hoge reflectiviteit en hoge thermische geleidbaarheid, de neiging spatten te produceren bij traditioneel laserlassen vanwege de overmatige energiedichtheid en onstabiele sleutelgaten, wat de laskwaliteit en de prestaties van de componenten beïnvloedt. Deze studie onderzoekt het mechanisme door middel van experimenten (het instellen van verschillende totale laservermogens, kern-/ringvermogensverhoudingen en lassnelheden, het observeren van damppluimen en spatdynamiek met een hoge-snelheidscamera, en het analyseren van de lasmorfologie met een ultra-diepte-veldmicroscoop) en drie-dimensionale transiënte multifysica-gekoppelde numerieke simulaties. Hieruit blijkt dat de ringvormige laser de voorkant van het gesmolten zwembad voorverwarmt, waardoor fluctuaties in de laserabsorptie worden verminderd en de uitstoot van damppluimen wordt gestabiliseerd om spatten te onderdrukken. Bovendien werd een kwantitatief model opgesteld dat de voorverwarmingstemperatuur koppelt aan het totale vermogen, de ringvermogensverhouding en de lassnelheid, wat suggereert dat de voorverwarmingstemperatuur binnen het bereik tussen het smelt- en kookpunt van het basismateriaal moet liggen. Het onderzoek leidt criteria af voor het selecteren van spatvrije procesparameters, en experimenten bevestigen dat spat aanzienlijk wordt verminderd binnen dit parameterbereik. Dit levert theoretische richtlijnen en industriële toepassingsstrategieën op voor hoogwaardig laserlassen van sterk reflecterende legeringen.
02Samenvatting
Dit artikel is gebaseerd op een methode die experimenten en drie-dimensionale transiënte multifysica-gekoppelde numerieke simulatie combineert. Het experiment was gericht op 6061 platen van aluminiumlegering, waarbij zes kern/ring-vermogensverhoudingen (10:0 tot 0:10), drie lassnelheden (40 mm/s, 60 mm/s, 80 mm/s) en een vast totaal laservermogen (6000 W) werden ingesteld. Er werden hoge-snelheidscamera's gebruikt om damppluimen en spatten te observeren, ultra-diepte-van-veldmicroscopen om de lasmorfologie te analyseren, en er werd een vergelijkend experiment met vast centraal vermogen ontworpen. De numerieke simulatie maakte gebruik van een CFD-model om de warmtestroom van het smeltbad, de laserabsorptie en andere fysieke processen te simuleren. Uit de experimenten bleek dat hoe hoger het aandeel ringlaservermogen, hoe uniformer het lasoppervlak was (het verschil tussen piek-tot-dal verlaagd van 1,40 mm naar 0,41 mm) en dat de spatfrequentie met 65% afnam. Het onthulde ook dat de ringlaser de voorkant van het smeltbad voorverwarmt, het fluctuatiebereik van de laserabsorptie verkleint en de damppluim stabiliseert, waardoor spatten worden onderdrukt. Ten slotte werd een kwantitatief model van de voorverwarmingstemperatuur en procesparameters opgesteld, wat suggereert dat de voorverwarmingstemperatuur tussen het smeltpunt en het kookpunt van het basismateriaal moet liggen. Er werden spatvrije procesparameters afgeleid en geverifieerd, die theoretische richtlijnen vormden voor het spatvrije laserlassen van aluminiumlegeringen.
03 Beeld- en tekstanalyse
Figuur 1 bevat twee belangrijke stukjes informatie: ten eerste presenteert figuur 1(a) de kernhardwareconfiguratie van laserlassen met instelbare ring{2}}modus, inclusief de posities en verbindingen van componenten zoals het CFX-8000 programmeerbare fiberlaserapparaat, robot, laserverwerkingskop en hoge-snelheidscamera, waardoor de operationele logica van de experimentele opstelling wordt verduidelijkt en de hardwarebasis wordt geboden voor daaropvolgende experimentele parameterinstellingen en observaties van spat- en damppluimen, waardoor de standaardisatie van experimentele handelingen en gegevens wordt gewaarborgd verzameling; ten tweede visualiseert figuur 1(b) belangrijke fysieke processen bij laserlassen, zoals faseverandering, laserabsorptie en dampdynamica, waardoor een fysiek raamwerk wordt geconstrueerd voor de interactie tussen de laser en materialen, een theoretische basis wordt geboden voor drie- dimensionale voorbijgaande multi-fysieke veldgekoppelde numerieke simulaties, en wordt geholpen bij het begrijpen van de onderliggende mechanismen van spatvorming.
04Conclusie
Deze studie richt zich op het spatprobleem bij instelbaar ringvormig laserlassen van aluminiumlegeringen. Door middel van experimenten (het instellen van verschillende kern-/ringvermogensverhoudingen, lassnelheden, gecombineerd met observatie met behulp van hoge-snelheidscamera's en uitgebreide diepte- van-veldmicroscopen) en drie-transiënte multifysica gekoppelde numerieke simulaties, werd het mechanisme waarmee ringvormige lasers spatten onderdrukken-door de voorrand van het gesmolten zwembad voor te verwarmen, fluctuaties in laserabsorptie te verkleinen en de damp te stabiliseren pluim-werd onthuld. Er werd een kwantitatief model opgesteld dat de voorverwarmingstemperatuur relateerde aan procesparameters, waarbij werd voorgesteld dat de voorverwarmingstemperatuur tussen het smeltpunt en het kookpunt van het basismateriaal zou moeten liggen. Er zijn geen-parametercriteria voor het spatproces afgeleid en experimenteel geverifieerd, waardoor het parameterselectiebereik voor spat-het lassen van aluminiumlegeringen is verduidelijkt. Dit kan industrieën die vertrouwen op lichtgewicht aluminium componenten, zoals de automobielindustrie, begeleiden bij het aanpakken van de veelvoorkomende problemen van veel spatten en slechte laskwaliteit bij conventioneel laserlassen, waardoor de ontwikkeling van hoogwaardige en zeer stabiele industriële toepassingen van laserlassen van aluminiumlegeringen wordt bevorderd.
