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弄明白它,使用激光焊接机再无阻碍:蒸汽羽流的动力研究

发布:2022-03-21 11:24作者:www.huyunjituan.com点击:690次

弄明白它,使用激光焊接机再无阻碍:蒸汽羽流的动力研究。激光焊接通常是经过精心设计的后部和扭曲组件的推荐方法。特别是激光深焊的优点是功率密度高、散热量大、发热量范围窄。可同时连接中厚板,减少焊接件变形。然而,由于激光束聚焦在一个非常小的区域,激光焊接需要关键的边缘准备和精确对齐。此外,由于光束与材料的相互作用存在差异,焊缝的完整性和完美性并不明显,这在很大程度上取决于工艺参数和材料特性。激光调制技术,如脉冲和振荡激光模式,已被证明可以解决对准问题、优化焊接形貌和消除缺陷。因此,振动激光焊接正在成为材料加工的主要方法。
由于其独特的性能,激光波焊接技术正受到越来越多的关注。改变激光点的路径可以影响热能和熔体电流的分布,优化焊缝形状,消除焊缝缺陷,改善晶粒,改善接头性能。然而,不同振荡模式、振幅和频率参数的选择会影响焊缝的稳定性和接头的质量。我们之前的研究表明,环形梁中的振动可以去除缺陷、改善晶粒并提高工艺稳定性。在误差补偿方面,梁振动是增加焊接宽度和工艺公差的有效方法,但必须考虑振动参数对焊接深度和形状的影响。产生焊梁振动的机理主要是焊火重叠与焊接空间变化的比值。 Jet Swing 会引起熔体流动的振动并大大增加孔的直径。熔化降低了表面张力的影响,从而增加了细孔的强度并降低了孔隙率。
研究了激光振动焊接对蒸汽风扇、熔池和针孔动力学行为的影响。随着振荡频率的增加,等离子体能带的高度和面积减小,能带形态的稳定性提高。梁振荡状态下焊缝金属的形态和流动性能也因合成能量的引入而发生变化,从而影响焊缝的硬化过程。圆带再循环的效果可以消除气孔的形成,提高焊缝质量。
需要注意的是,焊接可能存在看不见的缺陷,这也可能会影响焊接质量。为了进一步确认优化解决方案的质量,LWD300LMDT 电子显微镜检查了焊接区的 100 级和 200 级金相组织,如上图所示。从图中可以看出,晶界分布在焊接区的两侧,柱状晶粒在两个方向上分布并保持不变。小柱状晶体有助于提高焊接强度、稳定性和耐用性。加热范围窄,减少了焊缝的变形。此外,焊缝不存在显着降低焊缝质量的气孔和可愈合裂纹形式的微观缺陷。一般来说,最优解得到的显微组织可以满足焊接接头的要求。
汗纤维的稳定性、形态、微观结构和振动特性与热能的再分配、熔体流动的性质和空腔的性质有关。相关研究表明,在激光焊接中,焊缝熔池行为和蒸汽流动与小孔的稳定性密切相关,可以用高速相机直接观察和测量。激光焊接波的特点是波峰和强烈的振动。 Shcheglov 等人发现蒸汽的流动中断了激光沿色谱柱的传播。柱中的大波动会影响激光辐射的稳定性,并可能导致严重的焊接缺陷。金属蒸汽喷射的方向与熔池有关。等离子体流的波动主要是由于强烈的局部蒸发和小孔几何形状的巨大变化。
高等人。表明焊接质量可以准确评估焊接流动和熔体动力学对焊接稳定性、焊接硬化和结晶过程的影响。电流变化也会通过调整熔池的形状来影响熔池的平滑度。红外热谱图显示,更高的辐射频率会产生更长和更窄的焊池。此外,振荡的频率和幅度影响焊缝的形态、熔池的湍流和愈合的性质。 Huang 等人发现瘤胃速度的变化与锁孔形态的动态运动很好地同步。销速度随着键孔变窄而降低,随着键孔增加而增加。 Schweieret 等人分析,激光振动过程中焊接飞溅物的形成也与熔池和孔的行为有关。
在分析两个参数之间的相互作用时,其余参数保持居中。以上显示了离体皮肤组织最高温度下激光功率、光斑速度和脉冲之间的相互作用。红点是计算出的高于预期值的点。密度大于 40 N/cm2 的织物是有效纱线。因此,优化的目标是最大的接头强度和最小的热损伤。
使用 6 kW 光纤激光电源和六轴机器人焊机自动焊接测试面板。激光器的工作波长为 1070 nm,BPP 输入光束参数为 6.4 mm mrad。 IPG D50 焊接头由一个 200 mm 焦准直器和一个 150 mm f-theta 焦距组成。光束振荡由电流扫描仪控制,最大频率为 1000 Hz,幅度为 2.0 mm。在这项工作中使用了以前广泛使用的横向激光焊接和环形振动方法。对各种纤维振动状态的能量分布的计算表明,随着振动幅度和频率的增加,能量峰值显着降低。
在奥氏体 304 不锈钢(20 毫米厚)上进行了防喷器焊接实验,以研究振动参数对焊缝几何形状的影响。焊接区域外有流量为 15 l/min 的保护气体,可防止烟雾向上流动。用光学显微镜 (OM) 切割样品以测量焊缝的宽度和熔深。参数已设置好,并获得了具有足够熔深的完整焊缝。
在数据采集过程中,激光源不移动,基板以焊接速度移动。注册蒸汽鼓风机时,确定焊接方向上的突起宽度,以及焊接方向侧突起的高度、面积和角度。使用 808 nm 二极管激光光源和调光透镜对熔池进行拍照,以消除光干扰并照亮熔池表面。以每秒 1,500 帧的帧速率,高速摄像机和二极管激光光源与焊接方向成 70° 角。激光钥匙上的孔无法直接在材料中检测到,因此使用了由不锈钢和耐热石英玻璃制成的三明治。在焊接过程中,耐热石英玻璃被熔化,并在玻璃边缘观察到一个小孔的轮廓。
蒸气屏障是从小孔中散发出来的金属蒸气,其动态特性影响激光能量的传递,反映过程的稳定性。蒸汽屏障由一个中心区域(高密度等离子体)和一个外部区域(扩散等离子体)组成。在焊接过程中,一次蒸汽稳定稳定。
激光焊接过程中极耳在不同辐射方向不变的特性如图所示。高海拔的大蒸汽柱向激光区域扩展,在焊接过程中消耗能量并导致不稳定。由于激光能量传输的不稳定性,金属蒸汽屏障的形状和尺寸变化很大。谢格洛夫等人。此外,间歇变量跳线与动态锁孔行为密切相关。您可以看到框架的亮度因样式选项而异。在 t + 2.0 ms 期间,锁孔的亮度随着弹簧的减小而降低;在 t + 3.0 时,锁孔的亮度增加,弹簧变大。
消光系数不仅取决于边界的高度,还取决于边界的斜率。
激光束传播通道的突起变细,降低了深焊时激光能量的屏蔽效果。激光束的振荡改变了激光束的轨迹,改变了焊接区的能量分布,使焊条的形状发生规律的变化。
与没有振动的激光焊接相比,激光焊接光束的速度由于线性和圆形振荡而显着提高。运动速度在线性振荡中根据轴的位置变化很大,旋转点下降到最小值,运动速度略低于圆周振荡。激光在弯曲点的照射时间比在线性振荡的中间范围内长。蒸汽鼓风机的小尺寸和高度以及冲击角度通常更朝向焊接方向,与激光束的方向不同。此外,蒸汽流垂直于焊接方向移动,激光束向侧面移动。激光束偶尔会沿焊接和反向焊接方向移动,并且在不同点表现不同。可以看出,当激光束的运动方向与焊接方向重合时,突起扩大并增大。此时,激光束在焊料柱中反射,焊料柱轻微蒸发,形成蒸汽屏障。如果运动方向与焊接方向重合,则舌部会比焊接方向更凹陷和倾斜。
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