01 บทนำเกี่ยวกับกระดาษ
ในปัจจุบัน สาเหตุที่ระยะห่างของเส้นลวดในการเชื่อมแบบไฮบริด-ด้วยเลเซอร์ทำให้เกิดข้อบกพร่องในการเชื่อม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการเชื่อมแผ่นหนา ซึ่งความไม่เสถียรของการก่อตัวของแผ่นหนามีมากกว่า และข้อบกพร่องในการเชื่อมมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นมากขึ้น เพื่อทำความเข้าใจเพิ่มเติมถึงอิทธิพลของระยะห่างระหว่างเส้นลวดต่อการเกิดข้อบกพร่องในการเชื่อมแบบไฮบริดแผ่นหนา การศึกษานี้ใช้การเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบไฮบริดด้วยความเร็วสูง-ความเร็วสูง- เพื่อเชื่อมแผ่นเหล็กมารีน AH36 หนา 12 มม. กล้องความเร็วสูง-ถูกนำมาใช้เพื่อสังเกตการถ่ายโอนของหยดและการไหลของสระหลอมเหลว และใช้การจำลองเชิงตัวเลขเพื่อศึกษาพฤติกรรมการไหลเฉพาะของสระหลอมเหลว ซึ่งจะช่วยชี้แจงกลไกที่ระยะห่างระหว่างเส้นลวดส่งผลต่อการก่อตัวของข้อบกพร่องในการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบผสมด้วยลวด-
02 ภาพรวมกระดาษ:
การเชื่อมด้วยเลเซอร์-Arc Hybrid (LAHW) ซึ่งเป็นวิธีการเชื่อมที่คาดหวังอย่างกว้างขวาง ได้ดึงดูดความสนใจอย่างมากในข้อต่อแผ่นหนาของการต่อเรือ เนื่องจากเป็นหนึ่งในพารามิเตอร์การเชื่อมที่สำคัญที่สุดในการเชื่อมด้วยเลเซอร์-อาร์กไฮบริด ระยะห่างระหว่างลำแสงเลเซอร์และส่วนโค้งสามารถส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อเอฟเฟกต์การควบแน่นระหว่างเลเซอร์และส่วนโค้ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งใน-เลเซอร์กำลังสูงและสภาพการเชื่อมด้วยความเร็วสูง- ดังนั้นการสำรวจผลกระทบของระยะห่างของลำแสงต่อการเชื่อมจึงมีความสำคัญทางทฤษฎีที่สำคัญสำหรับการวิจัยในอนาคตและการผลิตทางอุตสาหกรรม บทความนี้ใช้การถ่ายภาพความเร็วสูง-ของกระบวนการเชื่อมเพื่อวิเคราะห์ผลกระทบของระยะห่างของลำแสงต่อการถ่ายโอนของหยดและความเสถียรของการไหลของสระหลอมเหลว และผสมผสานการจำลองเชิงตัวเลขเพื่อตรวจสอบกลไกการก่อตัวของข้อบกพร่องในการเชื่อม ผลลัพธ์ที่ได้แสดงให้เห็นว่าระยะห่างของลำแสงที่เหมาะสมสามารถบรรลุรอยเชื่อมที่มีรูปแบบดี-โดยไม่มีข้อบกพร่องในการเชื่อมอย่างเห็นได้ชัด เมื่อระยะห่างของลำแสงอยู่ใกล้เกินไป ผลของการมีเพศสัมพันธ์ที่มากเกินไประหว่างเลเซอร์และส่วนโค้ง ส่งผลให้การถ่ายโอนหยดไม่เสถียรและการไหลของสระหลอมเหลว ส่งผลให้เกิดข้อบกพร่องในการเชื่อม เช่น การกระเด็นและการตัดส่วนล่าง เมื่อระยะห่างของลำแสงใหญ่เกินไป ผลต่อการเชื่อมต่อของแหล่งความร้อนทั้งสองจะลดลง การเสริมแรงของการเชื่อมลดลง และอาจเกิดข้อบกพร่องเกี่ยวกับรูพรุนได้
03 การวิเคราะห์กราฟิก:
จากรูปภาพของสัณฐานวิทยาของพื้นผิวการเชื่อมและ-สัณฐานวิทยาของหน้าตัดภายใต้ระยะห่างของลำแสงเลเซอร์ที่แตกต่างกัน (รูปที่ 1) จะเห็นได้ว่าการก่อตัวของพื้นผิวของรอยเชื่อมจะแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญตามระยะห่างของลำแสงเลเซอร์ที่แตกต่างกัน ในขณะที่สัณฐานวิทยาของหน้าตัด-ของรอยเชื่อมภายใต้ระยะห่างที่แตกต่างกันจะคล้ายกัน โดยทั้งหมดจะปรากฏเป็นรูปทรงกุณโฑ- เมื่อระยะห่างของลำแสงเลเซอร์คือ 4 มม. จะไม่มีข้อบกพร่องในการเชื่อมที่ชัดเจน และรูปแบบการเชื่อมจะเหมาะสมที่สุด
ดังที่เห็นได้จากรูปที่ 2 เนื่องจากระยะห่างระหว่างเส้นใยนำแสงค่อยๆ เพิ่มขึ้นจาก 0 มม. เป็น 8 มม. ความถี่ของการเปลี่ยนผ่านของลัดวงจร-ในช่วงแรกจะลดลงแล้วจึงเพิ่มขึ้น
ดังที่เห็นได้จากรูปที่ 3 เมื่อใช้การเชื่อม MAG บริสุทธิ์ ภายใต้โหมดการเปลี่ยนเจ็ต ทิศทางของการเปลี่ยนเจ็ตจะอยู่ตามแนวล่าช้าของปลายลวด เมื่อเพิ่มเลเซอร์สำหรับการเชื่อมแบบไฮบริด มุมโก่งของการเปลี่ยนเจ็ตจะเปลี่ยนไปอย่างมาก
จากแผนภูมิทางสถิติในรูปที่ 5 จะเห็นได้ว่าความถี่ของการเปลี่ยนลัดวงจร-ในช่วงแรกลดลงแล้วเพิ่มขึ้น ขนาดของมุมโก่งการเปลี่ยนเจ็ตจะค่อยๆ ลดลงเมื่อระยะห่างระหว่างเส้นใยนำแสงเพิ่มขึ้นจาก 0 มม. เป็น 4 มม. เมื่อระยะห่างของไฟเบอร์เพิ่มขึ้นอีกเป็น 6-8 มม. ผลของเลเซอร์ที่มีต่อมุมโก่งการเปลี่ยนเจ็ตจะค่อยๆ หายไป
ดังที่เห็นได้จากรูปที่ 6 ส่วนหนึ่งของข้อบกพร่องที่กระเด็นเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนวงจรลัดวงจร-ที่ไม่เสถียร ที่เวลา +5.9 มิลลิวินาที สะพานโลหะหลอมเหลวจะเกิดปรากฏการณ์ 'คอแตก' ซึ่งก่อให้เกิดสะเก็ดละเอียดจำนวนมาก
ดังที่เห็นได้จากรูปที่ 7 เนื่องจากอิทธิพลของแรงไอของโลหะภายในรูกุญแจและผลกระทบที่เกิดจากการเปลี่ยนหยด ที่ตำแหน่งด้านหลังของรูกุญแจ โลหะหลอมเหลวบนพื้นผิวของสระเชื่อมจึงไหลเร็วเกินไปและหลุดออกจากสระ ทำให้เกิดข้อบกพร่องที่กระเด็น
จากผลการจำลองเชิงตัวเลขในรูปที่ 8 จะเห็นได้ว่าภายใต้ผลรวมของเลเซอร์และส่วนโค้ง อุณหภูมิของโลหะหลอมเหลวที่อยู่ใกล้กับศูนย์กลางของสระหลอมเหลวจะสูงขึ้นและอัตราการไหลจะเร็วขึ้น ส่งผลให้โลหะหลอมเหลวสะสมอยู่ตรงกลางสระ เมื่อแนวเชื่อมเย็นลง โลหะหลอมเหลวทั้งสองด้านยังคงเคลื่อนที่ไปยังบริเวณตรงกลางภายใต้อิทธิพลของแรง Marangoni ส่งผลให้เกิดข้อบกพร่องในการตัดด้านล่างทั้งสองด้านของแนวเชื่อม
ดังที่เห็นได้จากรูปที่ 9 เมื่อระยะห่างระหว่างเส้นใยมีขนาดใหญ่เกินไป ผลการอุ่นส่วนโค้งจะลดลง ผลการให้ความร้อนด้วยเลเซอร์ที่ส่วนล่างของรูกุญแจจะลดลง และความเสถียรของรูจะลดลง เนื่องจากพลังงานไม่เพียงพอถูกถ่ายโอนไปยังด้านล่างของรอยเชื่อม ครึ่งล่างของรูกุญแจจึงไม่เสถียรและไม่สามารถเปิดได้อย่างต่อเนื่อง ทำให้ฟองก๊าซภายในหลุดออกมาได้ยาก ส่งผลให้เกิดข้อบกพร่องเกี่ยวกับรูพรุนในที่สุด
03 สรุปและแนวโน้ม
กระดาษนี้ใช้การเชื่อมแบบไฮบริดด้วย-เลเซอร์กำลังสูง-MAG บนเหล็ก AH36 หนา 12 มม. เพื่อศึกษาการเกิดรอยเชื่อม การเปลี่ยนผ่านของหยด และพฤติกรรมการไหลของสระน้ำหลอมเหลว นอกจากนี้ ยังได้กล่าวถึงผลกระทบของระยะห่างของเส้นลวดเลเซอร์ต่อกระบวนการเชื่อมและกลไกของการเกิดข้อบกพร่องในการเชื่อมอีกด้วย ข้อสรุปหลักมีดังนี้:(1) เมื่อกำลังเลเซอร์ 9.5 kW ความเร็วในการป้อนลวด 10 ม./นาที ความเร็วในการเชื่อม 1.8 ม./นาที และระยะห่างของลวดเลเซอร์คือ 4 มม. ทำให้เกิดการเชื่อมที่ดีที่สุด โดยมีการเสริมแรงการเชื่อม 0.28 มม. และความกว้างของการเชื่อม 5.02 มม. โดยไม่มีข้อบกพร่อง เช่น การตัดด้านล่าง โปรยลงมา หรือความพรุน (2) ระยะห่างของลวดเลเซอร์ส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อ รูปแบบของการเปลี่ยนผ่านของหยด (การเปลี่ยนผ่านของเจ็ท + - วงจรสั้น) เมื่อระยะห่างของเส้นลวดเลเซอร์เพิ่มขึ้น ความถี่-การเปลี่ยนวงจรสั้นจะลดลงในช่วงแรกแล้วจึงเพิ่มขึ้น เมื่อระยะห่างของสายเลเซอร์คือ 0, 2, 4, 6 และ 8 มม. ความถี่ของการเปลี่ยนวงจรลัดวงจรคือ 161 Hz, 124 Hz, 95 Hz, 116 Hz และ 138 Hz ตามลำดับ มุมโก่งของการเปลี่ยนเจ็ตจะลดลงตามระยะห่างของเส้นลวดที่เพิ่มขึ้น เมื่อระยะห่างของลวดมากกว่า 6 มม. มุมโก่งจะไม่ได้รับผลกระทบจากระยะห่างของลวดอีกต่อไป ซึ่งสอดคล้องกับการเชื่อม MAG เดี่ยว (3) โปรยลงมาส่วนใหญ่ก่อตัวเหนือรูกุญแจเลเซอร์และที่ด้านหลังของสระหลอมเหลว การเปลี่ยนผ่านของหยดในวงจร-ระยะสั้นทำให้เกิดการคอและการแตกของสะพานโลหะเหลว ทำให้เกิดหยดโลหะขนาดเล็กหลายหยด ซึ่งได้รับอิทธิพลเพิ่มเติมจากไอของโลหะที่พุ่งออกจากรูกุญแจ ส่งผลให้เกิดการกระเด็น นอกจากนี้ สระหลอมเหลวยังได้รับผลกระทบจากไอระเหยและแรงกระแทกของการเปลี่ยนผ่านของหยด ส่งผลให้ความเร็วการไหลของโลหะหลอมเหลวที่ด้านหลังเพิ่มขึ้น เมื่อโลหะหลอมเหลวไหลขึ้นในแนวทแยงด้วยความเร็ว 0.3 เมตร/วินาที ส่วนหนึ่งของโลหะหลอมเหลวจะแยกตัวออกจากสระน้ำ ทำให้เกิดการกระเด็นออกมา (4) การก่อตัวของข้อบกพร่องที่ตัดด้านล่างมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับการไหลของสระน้ำหลอมเหลว โลหะหลอมเหลวในพื้นที่เป่าแก๊ส-และรอบๆ รูกุญแจไหลย้อนกลับอย่างต่อเนื่อง ทำให้ด้านหลังของสระน้ำลอยขึ้น ขณะที่พื้นที่รอยเชื่อมค่อยๆ แข็งตัว ภายใต้แรง Marangoni โลหะหลอมเหลวที่ด้านที่ค่อนข้างเย็นของรอยเชื่อมจะไหลไปยังจุดศูนย์กลางที่ร้อน เหลือโลหะหลอมเหลวไม่เพียงพอที่ปลายเชื่อม และส่งผลให้เกิดข้อบกพร่องการตัดราคา (5) เมื่อระยะห่างของเส้นลวดเลเซอร์ใหญ่เกินไป ความพรุนมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นภายในรอยเชื่อม ผลการมีเพศสัมพันธ์ระหว่างเลเซอร์และส่วนโค้งลดลงอย่างมาก ส่งผลให้สระหลอมเหลวของเลเซอร์และอาร์คแทบจะแยกออกจากกัน ส่งผลให้พลังงานที่ส่งไปยังด้านล่างของแนวเชื่อมลดลง สิ่งนี้จะลดความมั่นคงที่ด้านล่างของรูกุญแจ ทำให้ยากที่ฟองจะหลุดออกจากสระที่หลอมละลาย และท้ายที่สุดจะทำให้เกิดข้อบกพร่องที่มีรูพรุนเมื่อรอยเชื่อมเย็นลงและแข็งตัว
