01Bài viết giới thiệu
Hợp kim nhôm, do có độ phản xạ cao và độ dẫn nhiệt cao, có xu hướng tạo ra tia lửa trong hàn laser truyền thống do mật độ năng lượng quá cao và lỗ khóa không ổn định, ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn và hiệu suất linh kiện. Nghiên cứu này nghiên cứu cơ chế này thông qua các thử nghiệm (thiết lập các công suất laser tổng khác nhau, tỷ lệ công suất lõi/vòng và tốc độ hàn, quan sát các luồng hơi và động lực bắn tung tóe bằng camera-tốc độ cao và phân tích hình thái mối hàn bằng kính hiển vi trường-độ sâu-siêu{4}}) và mô phỏng số kết hợp đa vật lý thoáng qua ba chiều-. Nó tiết lộ rằng tia laser hình khuyên làm nóng trước cạnh trước của bể nóng chảy, làm giảm sự dao động trong quá trình hấp thụ tia laser và ổn định quá trình phun ra chùm hơi để ngăn chặn sự bắn tung tóe. Ngoài ra, một mô hình định lượng liên kết nhiệt độ gia nhiệt trước với tổng công suất, tỷ lệ công suất vòng và tốc độ hàn đã được thiết lập, cho thấy nhiệt độ gia nhiệt trước phải nằm trong phạm vi giữa điểm nóng chảy và điểm sôi của vật liệu cơ bản. Nghiên cứu này đưa ra các tiêu chí để chọn các thông số quy trình không có tia bắn và các thử nghiệm xác nhận rằng tia bắn đã giảm đáng kể trong phạm vi thông số này, cung cấp hướng dẫn lý thuyết và chiến lược ứng dụng công nghiệp để hàn laze chất lượng cao cho các hợp kim có độ phản chiếu cao.
02Tóm tắt
Bài viết này dựa trên phương pháp kết hợp các thí nghiệm và mô phỏng số kết hợp đa vật lý nhất thời ba chiều. Thí nghiệm nhắm vào 6061 tấm hợp kim nhôm, thiết lập sáu tỷ lệ công suất lõi/vòng (10:0 đến 0:10), ba tốc độ hàn (40mm/s, 60mm/s, 80mm/s) và tổng công suất laser cố định (6000W). Camera-tốc độ cao được sử dụng để quan sát các luồng hơi và tia bắn tung tóe, kính hiển vi trường-độ sâu{14}}siêu{14}}để phân tích hình thái mối hàn và một thí nghiệm so sánh với công suất trung tâm cố định đã được thiết kế. Mô phỏng số đã sử dụng mô hình CFD để mô phỏng dòng nhiệt của bể tan chảy, sự hấp thụ tia laser và các quá trình vật lý khác. Các thí nghiệm cho thấy rằng tỷ lệ công suất laser vòng càng cao thì bề mặt mối hàn càng đồng đều (chênh lệch đỉnh{18}}đến{19}}thung lũng giảm từ 1,40 mm xuống 0,41 mm) và tần số bắn tóe giảm 65%. Nó cũng tiết lộ rằng tia laser vòng làm nóng trước mặt trước của bể tan chảy, thu hẹp phạm vi dao động của sự hấp thụ tia laser và ổn định luồng hơi, giúp ngăn chặn sự bắn tung tóe. Cuối cùng, một mô hình định lượng về nhiệt độ nung nóng trước và các thông số quy trình đã được thiết lập, cho thấy nhiệt độ nung nóng trước phải nằm trong khoảng từ điểm nóng chảy của vật liệu cơ bản đến điểm sôi. Các thông số quy trình không có tia bắn tóe đã được rút ra và xác minh, cung cấp hướng dẫn lý thuyết cho việc hàn laze không có tia bắn tóe trên hợp kim nhôm.
03 Phân tích hình ảnh và văn bản
Hình 1 chứa hai thông tin cốt lõi: thứ nhất, Hình 1(a) trình bày cấu hình phần cứng cốt lõi của hàn laser chế độ vòng-có thể điều chỉnh, bao gồm vị trí và kết nối của các bộ phận như thiết bị laser sợi quang có thể lập trình CFX{4}}8000, rô-bốt, đầu xử lý laser và camera tốc độ- cao, làm rõ logic vận hành của thiết lập thử nghiệm và cung cấp cơ sở phần cứng cho các cài đặt thông số thử nghiệm tiếp theo và quan sát các tia bắn tung tóe và luồng hơi, đảm bảo tiêu chuẩn hóa các hoạt động thử nghiệm và thu thập dữ liệu; thứ hai, Hình 1(b) trực quan hóa các quá trình vật lý quan trọng trong hàn laze, chẳng hạn như sự thay đổi pha, sự hấp thụ laze và động lực hơi, xây dựng một khung vật lý cho sự tương tác giữa laze và vật liệu, cung cấp cơ sở lý thuyết cho mô phỏng số kết hợp trường đa vật lý nhất thời ba chiều- và hỗ trợ tìm hiểu các cơ chế cơ bản của sự hình thành vết bắn tóe.
04Kết luận
Nghiên cứu này tập trung vào vấn đề bắn tóe trong quá trình hàn laser hình khuyên có thể điều chỉnh được trên hợp kim nhôm. Thông qua các thử nghiệm (thiết lập các tỷ lệ công suất lõi/vòng khác nhau, tốc độ hàn, kết hợp với quan sát bằng cách sử dụng-máy ảnh tốc độ cao và kính hiển vi trường-độ sâu mở rộng) và mô phỏng số kết hợp đa vật lý nhất thời ba chiều-, cơ chế mà tia laser hình khuyên ngăn chặn sự bắn tung tóe-bằng cách làm nóng trước cạnh trước của bể nóng chảy, thu hẹp dao động trong sự hấp thụ tia laser và ổn định luồng hơi{6}}đã được tiết lộ. Một mô hình định lượng liên quan đến nhiệt độ gia nhiệt trước với các thông số quy trình đã được thiết lập, đề xuất rằng nhiệt độ gia nhiệt trước phải nằm trong khoảng từ điểm nóng chảy đến điểm sôi của vật liệu cơ bản. Không có-tiêu chí tham số quy trình nào được rút ra và xác minh bằng thực nghiệm, làm rõ phạm vi lựa chọn tham số để hàn hợp kim nhôm{10}}không có tia bắn. Điều này có thể hướng dẫn các ngành công nghiệp dựa vào các thành phần nhôm nhẹ, chẳng hạn như sản xuất ô tô, giải quyết các vấn đề phổ biến về chất lượng mối hàn kém và chất lượng mối hàn kém trong hàn laser thông thường, thúc đẩy sự phát triển các ứng dụng công nghiệp có chất lượng cao và có độ ổn định cao của hàn laser hợp kim nhôm.
