مطالعه پایداری فرآیند دینامیکی جوشکاری کامپوزیت قوس لیزری بر اساس رفتار انتقال قطرات مذاب

جوشکاری کامپوزیت قوس لیزری
پروفسور Peilei Zhang از دانشکده علوم و مهندسی مواد در دانشگاه شانگهای برای مهندسی و فناوری (USET) به همراه محققان دانشگاه وارویک، دانشگاه جیائو تونگ شانگهای و دانشگاه علم و صنعت جیانگ سو (JUST) منتشر کرده اند. مقاله ای با عنوان "وضعیت تحقیق پایداری در فرآیند دینامیکی جوشکاری هیبریدی قوس لیزری" در مجله Coatings. جوشکاری هیبریدی قوس لیزری بر اساس رفتار انتقال قطره: یک بررسی».
01 مقدمه
جوشکاری هیبریدی قوس لیزری هم از یک منبع حرارت لیزر و هم از یک منبع حرارتی قوس الکتریکی در یک منطقه استفاده می کند و اثر هم افزایی دو منبع حرارتی در یک حوضچه مذاب باعث افزایش سرعت جوش و عمق همجوشی می شود. به عنوان افزایش قابلیت پل زدن شکاف و ثبات فرآیند. این مقاله وضعیت تحقیقاتی فعلی فناوری جوشکاری کامپوزیت قوس لیزری را از نظر رفتار انتقال قطرات، حالت انتقال قطرات و تجزیه و تحلیل نیروی قطره توصیف می‌کند. با مرتب سازی سیستماتیک مقالات تحقیقاتی و کاربردهای مهندسی، اصل کار، مزایای فنی، کاربردهای مهندسی، و مطالعات پایداری فرآیند پویای جوشکاری جوشکاری کامپوزیت قوس لیزری به طور سیستماتیک تشریح می شود. در نهایت، مشکلات پیش روی آینده فناوری جوشکاری هیبریدی قوس لیزری خلاصه می شود.
جوشکاری هیبریدی قوس لیزری
02 بررسی اجمالی
این مقاله مفاهیم اساسی و ویژگی‌های رفتار انتقال قطرات جوشکاری کامپوزیت قوس لیزری، از جمله حالت انتقال قطره و تحلیل نیروی قطره را بررسی می‌کند. تأکید بر تعامل فیزیکی متقابل بین لیزر و قوس و تأثیر منبع حرارتی ترکیبی لیزر-قوس بر پایداری جوش است. رفتار انتقال قطره مذاب اطلاعاتی را در مورد پایداری فرآیند جوشکاری، ویژگی‌های رفتار قوس الکتریکی، راندمان ذوب، ویژگی‌های فرآیند مانند دود و پاشش جوش و ویژگی‌های متالورژیکی جوشکاری و غیره ارائه می‌دهد که با شهودی و دید مشخص می‌شود و تبدیل به یک منبع و روش بی بدیل کسب اطلاعات در فناوری اطلاعات جوشکاری. در فرآیند جوشکاری کامپوزیت قوس الکتریکی، قطرات فلز به حالت انتقال حوضچه مذاب، اندازه قطرات، فرکانس انتقال و پایداری به خواص مواد جوشکاری، پارامترهای جوشکاری، گاز محافظ، انرژی لیزر، فاصله سیم‌های سبک و عوامل دیگر بستگی دارد. در نهایت تحت تأثیر نیروهای مختلفی مانند گرانش، نیروی الکترومغناطیسی، نیروی جریان پلاسما، کشش سطحی، نیروی بخار فلز و سایر نقش های یکپارچه، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است.

شکل 1 نمودار شماتیک تجزیه و تحلیل نیروی قطرات جوشکاری ترکیبی
جوشکاری هیبریدی قوس لیزری
03 تجزیه و تحلیل گرافیکی
فاصله رشته ها یک عامل کلیدی در تعیین اینکه آیا لیزر و منبع حرارت قوس به طور بهینه جفت شده اند یا خیر است. فاصله رشته تاثیر قابل توجهی بر عمق همجوشی، حالت انتقال قطرات و پایداری فرآیند جوشکاری دارد. محققان دریافته‌اند که وقتی فاصله رشته‌ها کوچک است، قوس در پایداری سوراخ کلید اختلال ایجاد می‌کند و پایداری انتقال قطره به شدت تحت تأثیر لیزر قرار می‌گیرد. تابش پرتو لیزر بر روی قطرات پاشیده شده انرژی پرتو لیزر را مختل می کند و در نتیجه عمق جوش کم است همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است. همچنین فلزی که قبلاً جامد شده است، مانع از پر شدن فلز مذاب وسط ناحیه پنجه جوش می شود که در نهایت منجر به ایجاد نقص در نوک زدن می شود.
موقعیت نسبی منابع حرارتی لیزر و قوس در جهت جوشکاری، تأثیر مهمی بر جوشکاری کامپوزیت قوس لیزری دارد. برخی از محققان و محققان معتقدند که حالت هدایت لیزری بر حالت هدایت قوس الکتریکی برتری دارد. آنها معتقدند که حالت هدایت لیزری منجر به فرآیند جوشکاری پایدارتر، شکل گیری جوش بهتر، نقص تخلخل و پاشش کمتر، و نفوذ بهتر و جوش قوی تر می شود. با این حال، سایر محققان معتقدند که حالت هدایت قوس الکتریکی نسبت به حالت هدایت لیزری برتری دارد. آنها معتقدند که در مقایسه با حالت هدایت لیزری UHP، حالت هدایت قوس UHP ویژگی های قوس پایدار و جریان حوضچه مذاب را ایجاد می کند و زاویه بین شعاع قطرات مذاب و سطح جوش نیروی محرکه بیشتری ایجاد می کند که باعث ارتقاء جداسازی قطرات مذاب و بهبود پایداری فرآیند جوشکاری، با پاشش جوش کمتر و شکل دهی جوش پایدارتر.
اهمیت گاز محافظ هم برای جوشکاری تک لیزری و هم برای جوشکاری قوس الکتریکی باید در نظر گرفته شود. در جوشکاری لیزری، گاز محافظ وسیله موثری برای از بین بردن اثرات محافظ پلاسما، بهبود پایداری فرآیند جوشکاری و تحقق جوشکاری ذوب عمیق است. در جوشکاری قوس الکتریکی، گاز محافظ عامل کلیدی برای تحقق احتراق پایدار قوس و تعیین توزیع ستون حرارتی قوس الکتریکی و حالت انتقال قطره مذاب است. محققان بر این باورند که افزودن 30 درصد او اثر ترکیبی لیزر و قوس را بهبود می‌بخشد و حالت انتقال قطره مذاب از انتقال جت ناپایدار به انتقال جت پایدار تغییر می‌کند و درجه تطبیق انتقال جت چرخشی و چرخه پالس قوس را با کمترین میزان بهبود می‌بخشد. نوسان شکل موج قوس، شکل دهی بهتر درز جوش و عیوب جوش کمتر. علاوه بر این، محققان بر این باورند که درصد حجمی He برای بهبود عمق جوش و مهار عیوب تخلخل باید 50 درصد باشد. چگالی توان لیزر موثر با افزایش درصد حجمی He افزایش می‌یابد که به افزایش عمق جوش کمک می‌کند. عیوب تخلخل جوش به طور موثری سرکوب شد زیرا پایداری سوراخ‌های کوچک با استفاده از مخلوط Ar-He بهبود یافت.
از آنجایی که افزودن لیزر به جوشکاری قوس الکتریکی باعث ایجاد تغییراتی در مورفولوژی قوس و مورفولوژی حوض مذاب می شود که منجر به تغییر در نیروی قوس، میدان الکترومغناطیسی و کشش سطحی حوضچه مذاب می شود، تغییر در این عوامل مستقیماً منجر به تغییر در ویژگی های انتقال می شود. قطره مذاب با ترکیب مزایای ذوب عمیق جوش لیزری و عملکرد پل زدن جوشکاری قوس الکتریکی، بسیاری از محققان و محققان به رفتار انتقال قطرات مذاب در جوشکاری کامپوزیت قوس لیزری توجه کرده‌اند. آنها بر این باورند که افزودن لیزر هم اثرات ترویجی و هم بازدارنده بر انتقال قطرات دارد. در حالت های اتصال کوتاه و انتقال قطره، لیزر انتقال افت را تقویت می کند، در حالی که لیزر در حالت انتقال جت مانع انتقال افت می شود. مقدار و جهت نیروهای الکترومغناطیسی و پلاسما که بر روی قطرات اثر می‌گذارند، در تأثیرگذاری بر رفتار انتقال قطرات حیاتی هستند. بزرگی و جهت نیروهای الکترومغناطیسی و پلاسما به دلیل تغییر توزیع جریان در قطره مذاب، که توسط پلاسمای القا شده توسط لیزر با پتانسیل یونیزاسیون کم ایجاد می‌شود، تغییر می‌کند.

04 نتیجه گیری و چشم انداز
جوشکاری کامپوزیت قوس لیزری نوع جدیدی از روش جوشکاری است که دو منبع حرارتی را با مکانیسم‌های انتقال انرژی و خواص فیزیکی کاملاً متفاوت ترکیب می‌کند و در عین حال در موقعیت پردازش، برهم‌کنش بین منابع حرارتی مختلف و برهم‌کنش بین منبع حرارت و قطعه کار برای تولید گرمای کافی برای تکمیل فرآیند جوشکاری. به عنوان یک نوع جدید از منبع گرمای جوشکاری کارآمد، می‌تواند مزایای مربوط به دو منبع گرما را کاملاً بازی کند، اما کمبودهای آنها را نیز جبران کند. لیزر و الکترود ذوب گاز بی اثر / جوش قوس الکتریکی گاز فعال (MIG / MAG) امیدوار کننده ترین حالت جوشکاری کامپوزیت است، نیاز فوری به مطالعه بیشتر مکانیسم فیزیکی منبع حرارت کامپوزیت وجود دارد. در همین حال، رفتار انتقال قطره مذاب نیز در فرآیند جوشکاری کامپوزیت بسیار مهم است. رفتار انتقال قطرات می تواند اطلاعات دقیقی برای فرآیند جوشکاری ارائه دهد و به طور موثر پایداری فرآیند جوشکاری را تعیین کند.
با توسعه مداوم ماشین آلات ساختمانی، ضخامت صفحه نیز افزایش می یابد. به منظور تامین پایداری جوشکاری صفحات ضخیم، اریب کردن صفحات ضخیم ضروری است. با توجه به پیچیدگی قوس صفحه ضخیم، پایداری قوس در فرآیند جوشکاری نیز تا حدودی تحت تأثیر قرار می گیرد و در نتیجه عیوب جوش ایجاد می شود. در عین حال، تولید عیوب ارتباط نزدیکی با رفتار انتقال قطره مذاب دارد. در جوشکاری کامپوزیت قوس لیزری با توان بالا، ایجاد عیوب جوش اجتناب ناپذیر است. بهینه‌سازی و پیشرفت فناوری شبیه‌سازی عددی محدودیت‌های تحلیل عیب را می‌شکند و یک مبنای نظری محکم برای توسعه بیشتر فرآیندهای نوآورانه فراهم می‌کند. با توجه به تعداد زیاد پارامترهای فرآیند در جوشکاری کامپوزیت قوس لیزری، پنجره پارامتر فرآیند به طور مداوم برای به دست آوردن بهترین شکل گیری جوش باریک می شود و تغییر پارامترهای فرآیند نیز تأثیر زیادی بر ویژگی های انتقال مذاب دارد. قطره بنابراین، کاوش مداوم پارامترهای فرآیند برای حالت انتقال قطره مذاب جوشکاری کامپوزیت قوس لیزری اهمیت زیادی دارد.