01 Papierintroductie
Momenteel is er weinig aandacht voor de redenen waarom de draadafstand bij hybride laser-booglassen lasdefecten veroorzaakt, vooral bij het lassen van dikke platen, waar de instabiliteit van de vorming van dikke platen groter is en de kans op lasdefecten groter is. Om de invloed van de draadafstand op de vorming van defecten bij hybride lassen met dikke platen verder te begrijpen, werd in dit onderzoek gebruik gemaakt van hoog-snel,-krachtdraad-laserhybride lassen om 12 mm dikke AH36-scheepsstaalplaten te lassen. Er werd een hogesnelheidscamera gebruikt om de druppeloverdracht en de stroming van het gesmolten zwembad te observeren, en er werden numerieke simulaties gebruikt om het specifieke stromingsgedrag van het gesmolten zwembad te bestuderen. Dit verduidelijkt het mechanisme waarmee de draadafstand de vorming van defecten bij draadlaser-hybride lassen beïnvloedt.
02 Papieroverzicht:
Laser-Arc Hybride Lassen (LAHW), als een breed mogelijke verbindingsmethode, heeft veel aandacht getrokken in de dikke plaatverbindingen van de scheepsbouw. Als een van de meest kritische lasparameters bij hybride laser-booglassen kan de afstand tussen de laserstraal en de boog het koppelingseffect tussen de laser en de boog aanzienlijk beïnvloeden, vooral bij lasomstandigheden met hoog-laservermogen en hoge- snelheid. Daarom heeft het onderzoeken van het effect van de straalafstand op het lassen een belangrijke theoretische betekenis voor toekomstig onderzoek en industriële productie. Dit artikel maakt gebruik van hoge-snelheidsfotografie van het lasproces om de impact van de straalafstand op de druppeloverdracht en de stabiliteit van de stroming van het gesmolten zwembad te analyseren, en combineert numerieke simulatie om het vormingsmechanisme van lasfouten te onderzoeken. De resultaten laten zien dat een geschikte straalafstand goed-gevormde lassen kan opleveren zonder duidelijke lasfouten. Wanneer de straalafstand te klein is, leidt het overmatige koppelingseffect tussen de laser en de boog tot onstabiele druppeloverdracht en stroming van het smeltbad, wat resulteert in lasdefecten zoals spatten en ondersnijding. Wanneer de afstand tussen de balken te groot is, wordt het koppelingseffect van de twee warmtebronnen verzwakt, neemt de laswapening af en kunnen porositeitsdefecten optreden.
03 Grafische analyse:
Uit de afbeeldingen van de morfologie van het lasoppervlak en de dwarsdoorsnedemorfologie onder verschillende laserstraalafstanden (Figuur 1) kan worden gezien dat de vorming van het lasoppervlak aanzienlijk varieert met verschillende laserstraalafstanden, terwijl de dwarsdoorsnedemorfologie van lassen onder verschillende afstanden vergelijkbaar is en ze allemaal bekervormig lijken. Wanneer de laserstraalafstand 4 mm bedraagt, zijn er geen duidelijke lasfouten en is de lasvorming optimaal.
Zoals u kunt zien in figuur 2, neemt de frequentie van kortsluitovergangen eerst af en vervolgens toe naarmate de afstand tussen de optische vezels geleidelijk toeneemt van 0 mm tot 8 mm.
Zoals blijkt uit figuur 3, wanneer puur MAG-lassen wordt gebruikt, ligt de richting van de straalovergang onder de straalovergangsmodus langs de vertraagde lijn van de draadpunt. Wanneer laser wordt toegevoegd voor hybride lassen, verandert de afbuighoek van de straalovergang aanzienlijk.
Uit het statistische diagram in figuur 5 blijkt dat de frequentie van kortsluitovergangen aanvankelijk afneemt en vervolgens toeneemt. De grootte van de straalovergangsafbuighoek neemt geleidelijk af naarmate de afstand tussen de optische vezels toeneemt van 0 mm tot 4 mm. Wanneer de vezelafstand verder toeneemt tot 6-8 mm, verdwijnt het effect van de laser op de straalovergangsafbuighoek geleidelijk.
Zoals u kunt zien in figuur 6, wordt een deel van de spatdefecten veroorzaakt door onstabiele kortsluitovergangen-. Bij T+5.9 ms ondergaat de brug van gesmolten metaal een 'necking breuk'-fenomeen, waarbij veel fijne spatten ontstaan.
Zoals te zien is in Figuur 7, als gevolg van de invloed van de metaaldampkrachten in het sleutelgat en de impact veroorzaakt door de druppelovergang, stroomt het gesmolten metaal op het oppervlak van het smeltbad op de achterste positie van het sleutelgat te snel en laat los van het smeltbad, waardoor spatdefecten ontstaan.
Uit de numerieke simulatieresultaten in Figuur 8 blijkt dat onder de gecombineerde effecten van de laser en de boog de temperatuur van het gesmolten metaal nabij het midden van het gesmolten bad hoger is en de stroomsnelheid hoger is. Dit zorgt ervoor dat het gesmolten metaal zich ophoopt in de richting van het midden van het zwembad. Terwijl de las afkoelt, blijft het gesmolten metaal aan beide zijden onder invloed van de Marangoni-kracht naar het middengebied bewegen, wat resulteert in de vorming van ondersnijdingsdefecten aan beide zijden van de las.
Zoals blijkt uit figuur 9 wordt, wanneer de afstand tussen de filamenten te groot is, het boogvoorverwarmingseffect verzwakt, wordt het laserverwarmingseffect op het onderste deel van het sleutelgat verminderd en verslechtert de stabiliteit van het gat. Omdat er onvoldoende energie wordt overgebracht naar de onderkant van de las, wordt de onderste helft van het sleutelgat onstabiel en kan deze niet continu open blijven, waardoor het moeilijk wordt voor interne gasbellen om te ontsnappen, wat uiteindelijk resulteert in porositeitsdefecten.
03 Samenvatting en vooruitzichten
In dit artikel wordt gebruik gemaakt van hoog-laser-MAG-hybridelassen op 12 mm dik AH36-staal om de lasvorming, de druppelovergang en het stromingsgedrag van het gesmolten zwembad te bestuderen. Verder worden het effect van de laserdraadafstand op het lasproces en het mechanisme van lasdefectvorming besproken. De belangrijkste conclusies zijn als volgt: (1) Wanneer het laservermogen 9,5 kW is, de draadaanvoersnelheid 10 m/min, de lassnelheid 1,8 m/min en de afstand tussen de laserdraden 4 mm is, wordt de beste lasvorming bereikt, met een lasversterking van 0,28 mm en een lasbreedte van 5,02 mm, zonder defecten zoals ondersnijding, spatten of porositeit. (2) De afstand tussen de laserdraden heeft een aanzienlijke invloed op de vorm van de druppelovergang (jet + kortsluiting-overgang). Naarmate de afstand tussen de laserdraden groter wordt, neemt de frequentie van de kortsluitingsovergang eerst af en vervolgens toe. Wanneer de afstand tussen de laserdraden 0, 2, 4, 6 en 8 mm is, is de frequentie van de kortsluitingsovergang respectievelijk 161 Hz, 124 Hz, 95 Hz, 116 Hz en 138 Hz. De afbuighoek van de straalovergang neemt af met toenemende draadafstand. Wanneer de draadafstand groter is dan 6 mm, wordt de afbuighoek niet langer beïnvloed door de draadafstand, wat overeenkomt met enkelvoudig MAG-lassen.(3) Spatten vormen zich voornamelijk boven het lasersleutelgat en aan de achterkant van het gesmolten bad. De druppelovergang in een kort circuit veroorzaakt vernauwing en breuk van de brug van vloeibaar metaal, waardoor meerdere kleine metaaldruppeltjes worden gevormd, die verder worden beïnvloed door metaaldamp die uit het sleutelgat wordt uitgestoten, wat resulteert in spatten. Bovendien wordt het gesmolten bad beïnvloed door de damppluim en de impactkracht van de druppelovergang, waardoor de stroomsnelheid van het gesmolten metaal aan de achterkant toeneemt. Wanneer het gesmolten metaal diagonaal naar boven stroomt met een snelheid van 0,3 m/s, scheidt een deel van het gesmolten metaal zich af van de plas, waardoor spatten ontstaan.(4) De vorming van ondersneden defecten hangt nauw samen met de stroming van de gesmolten plas. Het gesmolten metaal in het gas-uitblaasgebied en rond het sleutelgat stroomt voortdurend naar achteren, waardoor de achterkant van het zwembad omhoog komt. Naarmate het lasgebied geleidelijk stolt, onder de Marangoni-kracht, stroomt het gesmolten metaal aan de relatief koelere zijden van de las naar het hete centrum, waardoor er onvoldoende gesmolten metaal achterblijft bij de lasteen, wat resulteert in ondersnijdingsdefecten. (5) Wanneer de afstand tussen de laserdraden te groot is, zal er waarschijnlijk porositeit optreden binnen de las. Het koppelingseffect tussen de laser en de boog wordt aanzienlijk verzwakt, waardoor de smeltbaden van de laser en de boog bijna gescheiden worden, waardoor de energie die naar de onderkant van de las wordt overgebracht, wordt verminderd. Dit vermindert de stabiliteit op de bodem van het sleutelgat, waardoor het moeilijk wordt voor bellen om uit het gesmolten bad te ontsnappen, waardoor uiteindelijk porositeitsdefecten ontstaan naarmate de las afkoelt en stolt.
