01บทนำกระดาษ
อะลูมิเนียมอัลลอยด์เนื่องจากมีการสะท้อนแสงสูงและมีค่าการนำความร้อนสูง มีแนวโน้มที่จะเกิดการกระเด็นในการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบดั้งเดิม เนื่องจากมีพลังงานหนาแน่นมากเกินไปและรูสลักที่ไม่เสถียร ซึ่งส่งผลต่อคุณภาพการเชื่อมและประสิทธิภาพของส่วนประกอบ การศึกษานี้ตรวจสอบกลไกผ่านการทดลอง (การตั้งค่ากำลังเลเซอร์ทั้งหมดที่แตกต่างกัน อัตราส่วนกำลังของแกนกลาง/วงแหวน และความเร็วในการเชื่อม การสังเกตไอระเหยและไดนามิกของการกระเด็นด้วยกล้องความเร็วสูง- และการวิเคราะห์สัณฐานวิทยาของการเชื่อมด้วยกล้องจุลทรรศน์สนาม-ความลึก-พิเศษ-) และ-การจำลองเชิงตัวเลขแบบหลายฟิสิกส์ชั่วคราวแบบสามมิติ- โดยเผยให้เห็นว่าเลเซอร์รูปวงแหวนอุ่นขอบด้านหน้าของสระหลอมเหลว ซึ่งช่วยลดความผันผวนในการดูดซับเลเซอร์ และทำให้การพ่นไอระเหยมีความเสถียรเพื่อระงับการกระเด็น นอกจากนี้ แบบจำลองเชิงปริมาณที่เชื่อมโยงอุณหภูมิอุ่นกับกำลังทั้งหมด อัตราส่วนกำลังวงแหวน และความเร็วในการเชื่อมได้ถูกสร้างขึ้น โดยแนะนำว่าอุณหภูมิอุ่นควรอยู่ในช่วงระหว่างจุดหลอมเหลวและจุดเดือดของวัสดุฐาน การศึกษาได้มาจากเกณฑ์สำหรับการเลือก-พารามิเตอร์กระบวนการที่ปราศจากการกระเด็น และการทดลองยืนยันว่าการกระเด็นจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญภายในช่วงพารามิเตอร์นี้ โดยให้แนวทางทางทฤษฎีและกลยุทธ์การใช้งานทางอุตสาหกรรมสำหรับการเชื่อมด้วยเลเซอร์คุณภาพสูง-ของโลหะผสมที่มีการสะท้อนแสงสูง
02สรุป
บทความนี้ใช้วิธีการที่ผสมผสานการทดลองและการจำลองเชิงตัวเลขแบบหลายฟิสิกส์ชั่วคราวสามมิติ-เข้าด้วยกัน การทดลองกำหนดเป้าหมายไปที่แผ่นโลหะผสมอะลูมิเนียม 6061 โดยตั้งค่าอัตราส่วนกำลังของแกน/วงแหวน 6 ระดับ (10:0 ถึง 0:10) ความเร็วในการเชื่อม 3 ระดับ (40 มม./วินาที 60 มม./วินาที 80 มม./วินาที) และกำลังเลเซอร์ทั้งหมดคงที่ (6000 วัตต์) กล้องความเร็วสูง-ถูกนำมาใช้เพื่อสังเกตไอระเหยและการกระเด็นของไอน้ำ กล้องจุลทรรศน์ภาคสนาม-ความลึกพิเศษ-ของ{-เพื่อวิเคราะห์สัณฐานวิทยาของรอยเชื่อม และมีการออกแบบการทดลองเปรียบเทียบโดยใช้กำลังกลางคงที่ การจำลองเชิงตัวเลขใช้แบบจำลอง CFD เพื่อจำลองการไหลของความร้อนในบ่อหลอม การดูดซับด้วยเลเซอร์ และกระบวนการทางกายภาพอื่นๆ การทดลองพบว่ายิ่งสัดส่วนของกำลังเลเซอร์วงแหวนยิ่งสูง พื้นผิวการเชื่อมก็จะยิ่งสม่ำเสมอมากขึ้น (ค่ายอด-ถึง-ความแตกต่างของหุบเขาลดลงจาก 1.40 มม. เป็น 0.41 มม.) และความถี่การกระเด็นลดลง 65% นอกจากนี้ยังเผยให้เห็นว่าเลเซอร์วงแหวนอุ่นด้านหน้าของสระที่หลอมละลาย ลดช่วงความผันผวนของการดูดกลืนแสงเลเซอร์ให้แคบลง และทำให้กลุ่มไอระเหยมีความเสถียร ซึ่งระงับการกระเด็น ในที่สุด แบบจำลองเชิงปริมาณของอุณหภูมิอุ่นก่อนและพารามิเตอร์กระบวนการได้ถูกสร้างขึ้น โดยแนะนำว่าอุณหภูมิอุ่นควรอยู่ระหว่างจุดหลอมเหลวของวัสดุฐานและจุดเดือด พารามิเตอร์กระบวนการที่ปราศจากการกระเด็น-ได้รับมาและตรวจสอบแล้ว โดยให้คำแนะนำทางทฤษฎีสำหรับการเชื่อมด้วยเลเซอร์ที่ปราศจากการกระเด็นของโลหะผสมอลูมิเนียม
03 การวิเคราะห์รูปภาพและข้อความ
รูปที่ 1 มีข้อมูลหลักสองส่วน: ประการแรก รูปที่ 1(a) นำเสนอการกำหนดค่าฮาร์ดแวร์หลักของการเชื่อมด้วยเลเซอร์ในโหมดวงแหวน-แบบปรับได้ รวมถึงตำแหน่งและการเชื่อมต่อของส่วนประกอบต่างๆ เช่น อุปกรณ์ไฟเบอร์เลเซอร์แบบตั้งโปรแกรมได้ CFX-8000 หุ่นยนต์ หัวประมวลผลด้วยเลเซอร์ และกล้องความเร็วสูง- ทำให้ชัดเจนถึงตรรกะการปฏิบัติงานของการตั้งค่าการทดลอง และจัดเตรียมพื้นฐานฮาร์ดแวร์สำหรับการตั้งค่าพารามิเตอร์การทดลองในภายหลัง และการสังเกตการกระเด็นและไอระเหย เพื่อให้มั่นใจว่า การกำหนดมาตรฐานการดำเนินการทดลองและการรวบรวมข้อมูล ประการที่สอง รูปที่ 1(b) แสดงภาพกระบวนการทางกายภาพที่สำคัญในการเชื่อมด้วยเลเซอร์ เช่น การเปลี่ยนเฟส การดูดกลืนแสงเลเซอร์ และไดนามิกของไอ สร้างกรอบการทำงานทางกายภาพสำหรับปฏิสัมพันธ์ระหว่างเลเซอร์และวัสดุ โดยให้พื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับสนามฟิสิกส์หลายมิติชั่วคราวแบบสามมิติ- ควบคู่กับการจำลองเชิงตัวเลข และช่วยในการทำความเข้าใจกลไกพื้นฐานของการโปรยลงมา
04บทสรุป
การศึกษานี้มุ่งเน้นไปที่ปัญหาการกระเด็นในการเชื่อมด้วยเลเซอร์วงแหวนแบบปรับได้ของโลหะผสมอะลูมิเนียม ผ่านการทดลอง (การตั้งค่าอัตราส่วนพลังงานของแกนกลาง/วงแหวนที่แตกต่างกัน ความเร็วในการเชื่อม รวมกับการสังเกตโดยใช้-กล้องความเร็วสูงและความลึกที่ขยาย-ของ-กล้องจุลทรรศน์ภาคสนาม) และ-การจำลองหลายฟิสิกส์ชั่วคราวแบบสามมิติควบคู่กับการจำลองเชิงตัวเลข ซึ่งเป็นกลไกที่เลเซอร์รูปวงแหวนระงับการกระเด็น- โดยการอุ่นขอบด้านหน้าของสระที่หลอมละลาย ลดความผันผวนของการดูดซับเลเซอร์ให้แคบลง และทำให้ไอมีเสถียรภาพ ขนนก-ถูกเปิดเผย แบบจำลองเชิงปริมาณที่เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิอุ่นก่อนกับพารามิเตอร์การประมวลผลถูกสร้างขึ้น โดยเสนอว่าอุณหภูมิอุ่นควรอยู่ระหว่างจุดหลอมเหลวและจุดเดือดของวัสดุฐาน ไม่มี-เกณฑ์พารามิเตอร์ของกระบวนการโปรยลงมาและได้รับการตรวจสอบด้วยการทดลอง ทำให้ช่วงการเลือกพารามิเตอร์ชัดเจนขึ้นสำหรับการเชื่อมอะลูมิเนียมอัลลอยด์ที่โปรยลงมาอย่างอิสระ ข้อมูลนี้สามารถชี้แนะอุตสาหกรรมที่ต้องอาศัยส่วนประกอบอะลูมิเนียมน้ำหนักเบา เช่น การผลิตยานยนต์ เพื่อแก้ไขปัญหาทั่วไปของการกระเด็นสูงและคุณภาพการเชื่อมที่ไม่ดีในการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบเดิม ส่งเสริมการพัฒนา-การใช้งานทางอุตสาหกรรมคุณภาพสูงและมีเสถียรภาพสูงของการเชื่อมด้วยเลเซอร์โลหะผสมอะลูมิเนียม
