01
Papīra izceļ
Īpaši-lieljaudas-lāzeri nodrošina vienas-pārejas metināšanu biezām-profilu daļām, piedāvājot tādas priekšrocības kā augsta efektivitāte un zemas izmaksas; tomēr izciļņu defektu rašanās kavē to praktisko pielietošanu. Šajā pētījumā ir piedāvāta metode izciļņu defektu novēršanai, pamatojoties uz sadursavienojumu saskarņu virsmas tekstūru, sekmīgi panākot kvalitatīvu 20 mm bieza nerūsējošā tērauda vienvirziena metināšanu. Tika izveidots skaitļošanas šķidruma dinamikas (CFD) modelis, kas ietver virsmas mikrostruktūras pazīmes, un tā simulācijas rezultāti parādīja labu atbilstību eksperimentālajiem datiem. Virsmas teksturēšanai ir divi primārie tiešie efekti: tā veicina izkusušā baseina paplašināšanos un uzlabo lāzera enerģijas absorbciju, tādējādi atvieglojot atslēgas cauruma pāreju no ne-iekļūstoša stāvokļa uz iespiešanās stāvokli. Izkausētais metāls pie atslēgas cauruma sienām uzrāda lielāku tangenciālo ātrumu, vienlaikus kavējot kausējuma plūsmu lejup; turklāt zema ātruma zonas neesamība izkusušā baseina apakšā nodrošina virsmas-spriegojumu-novirzītu atpakaļ-sānu kausējuma kontrakcijā, tādējādi novēršot izciļņu defektu veidošanos. Iegūtajās metināšanas šuvēs ir smalkāki graudi un lielāka daļa zema{18}}leņķa graudu robežām, kas uzrāda izcilu stiepes izturību un pagarinājumu. Metināšanas šuves mikrostruktūras izmaiņas izriet no intensīvākiem termiskiem cikliem, ko piedzīvo kausētais baseins, savukārt mehānisko īpašību uzlabojumi galvenokārt ir saistīti ar uzlabotu metinājuma veidošanās kvalitāti. Šai metodei metināšanas procesā nav nepieciešamas papildu palīgiekārtas, un tā piedāvā ļoti daudzsološu risinājumu īpaši-lieljaudas-vienreizējās -lāzermetināšanas rūpnieciskai izmantošanai biezu -profilu komponentu ražošanā.
02
**Pilns teksta pārskats**
Risināt problēmas, kas saistītas ar īpaši -augstas-jaudas lāzera vienvirziena-biezu plākšņu metināšanu-, jo īpaši tās jutīgumu pret "kupliem" defektiem, neskatoties uz augsto efektivitāti un zemajām izmaksām, kā arī esošo slāpēšanas metožu paļaušanos uz papildu palīgiekārtām-}virsmas strukturēšanas metode{5. sadurs{6}}savienojumu šķērsgriezumi-, izmantojot 20 mm biezu 316 l austenīta nerūsējošo tēraudu kā eksperimentālo materiālu. Virsmas mikro-struktūras ar dažādiem parametriem tika izgatavotas, izmantojot impulsa lāzera režģa skenēšanu (apzīmētas ar P-0 ne-strukturētai kontroles grupai, kur visi parametri tika iestatīti uz nulli; un P-1 līdz P-4 mikro-skenēšanas diapazona strukturētajām grupām. atšķiras ar lāzera jaudu un impulsu frekvenci). Turklāt tika izveidots CFD modelis, kas ietver virsmas mikro{26}struktūras iezīmes, un izmeklēšana tika veikta, izmantojot plašu metožu kopumu, tostarp lāzera konfokālo mikroskopiju, elektronu atpakaļizkliedes difrakciju (EBSD), stiepes testēšanu un liela ātruma attēlveidošanu. Eksperimentālie rezultāti parāda, ka parametru grupa P-2 (lāzera jauda: 90 W; impulsa frekvence: 100 Hz) efektīvi nomāc izciļņu defektus, tādējādi panākot augstas-kvalitātes vienvirziena-metināšanu. Pamatmehānisms ietver virsmas mikro{37}}strukturēšanu, kas veicina kausējuma baseina izplešanos un lāzera enerģijas absorbciju, tādējādi atvieglojot atslēgas cauruma pāreju no ne-iekļūstoša stāvokļa. Šīs pārejas rezultātā palielinās izkausētā metāla tangenciālais ātrums pie atslēgas cauruma sienām, tiek kavēta kausējuma plūsma uz leju un tiek likvidētas zema ātruma zonas kausējuma baseina apakšā. Vienlaikus metinātās šuves mikrostruktūra uzrāda graudu izsmalcinātību un samazinātu zema leņķa graudu robežu īpatsvaru; līdz ar to stiepes izturība un pagarinājums sasniedz attiecīgi 96% un 65% no parastā metāla vērtībām. Šī metode neprasa papildu palīgiekārtas, piedāvā augstu elastību un daudzpusību, kā arī nodrošina dzīvotspējīgu risinājumu rūpnieciskai izmantošanai īpaši lieljaudas biezu plākšņu lāzermetināšanai. Tomēr pētījumā ir atzīti arī daži ierobežojumi, piemēram, prasība pēc papildu apstrādes posma un skaidri noteiktas korelācijas trūkums starp konkrētiem materiāliem un optimālu virsmas raupjumu, kas norāda uz turpmāku pētījumu un uzlabošanas nepieciešamību nākotnē.
03
Vizuālā analīze
1. attēlā parādīts, ka parauga P-0 (a, f) virsmai nav nekādu mikrostruktūru, tā šķiet pilnīgi gluda un plakana. Paraugs P-1 (b, g)-apstrādāts, izmantojot mazu jaudu un lielu skenēšanas ātrumu (45 W, 150 Hz)-ir pakāpeniski sadalīti, zivju-mērogi-līdzīgi kausējuma baseiniem (Ra=6.23 μm). Paraugs P-2 (c, h)-apstrādāts pie 90 W un 100 Hz-uzrāda nepārtrauktas, viļņojošas-līdzīgas rievas (Ra=10.43 μm) bez pavadošām šļakatām. Paraugi P-3 (d, i) un P-4 (e, j), kas apstrādāti ar lielāku jaudas līmeni (120 W), uzrāda Ra vērtības, kas sasniedz attiecīgi 20,48 μm un 26,43 μm, ko raksturo dziļu rievu un šļakatu daļiņu klātbūtne. Šie rezultāti parāda, ka P-2 grupas mikrostruktūrām ir mērens raupjums; šī konfigurācija efektīvi nodrošina lāzera enerģijas absorbciju, vienlaikus izvairoties no pārmērīgām spraugām, tādējādi ieliekot stabilu pamatu izciļņu defektu novēršanai. Turpretim paraugs P-0, kam nav veikta virsmas strukturēšanas apstrāde, nevar sasniegt šo labvēlīgo efektu.
04
Kopsavilkums
Šajā pētījumā tiek piedāvāta virsmas mikro{0}strukturēšanas metode sadursavienojumiem, kas sekmīgi panāk "kuburu" defektu novēršanu, veicot 20 mm bieza 316 L nerūsējošā tērauda viena-pārejas ultra-lieljaudas-lāzermetināšanu. Šī pieeja ļauj izgatavot augstas kvalitātes- savienojumus bez papildu palīgiekārtām. Metodē tiek izmantots impulsa lāzers, lai izveidotu vidēji nelīdzenas mikrostruktūras uz locītavas virsmas (ar atstarpi no 1/15 līdz 2/15 no lāzera plankuma diametra). No vienas puses, tas veicina metināšanas baseina izplešanos un uzlabo lāzera enerģijas absorbciju, tādējādi atvieglojot atslēgas cauruma pāreju no slēgta stāvokļa uz stabilu, pilnībā iespiešanās stāvokli. No otras puses, izmantojot Marangoni efektu, tas palielina izkausētā metāla tangenciālo ātrumu pie atslēgas cauruma sienām, tādējādi kavējot kausējuma plūsmu lejup un likvidējot zema ātruma zonas metināšanas baseina apakšā, būtiski samazinot kausējuma uzkrāšanos pie pamatnes. Turklāt virsmas mikro{18}}strukturēšana pakļauj metinājuma šuvi augstākai maksimālās temperatūras iedarbībai un paildzina aiztures laiku paaugstinātā temperatūrā, kā rezultātā tiek uzlaboti graudi. Galu galā tas uzlabo mehāniskās īpašības, savienojuma stiepes izturībai un pagarinājumam sasniedzot attiecīgi 96% un 65% no parastā metāla vērtībām. Salīdzinot ar tradicionālajām metodēm,{23}}tādiem kā vakuuma vai elektromagnētiskās metodes, šī pieeja nodrošina izcilu elastību un plašu pielietojamību; teorētiski tas ir piemērots garu šuvju un izliektu virsmu savienošanai dažādos materiālu biezumos. Tomēr saglabājas daži ierobežojumi, tostarp prasība pēc papildu apstrādes posmiem un skaidri definētu korelāciju trūkums starp konkrētiem materiāliem un to optimālajiem virsmas raupjuma parametriem; līdz ar to turpmākajos pētījumos galvenā uzmanība būtu jāpievērš mikro-strukturēšanas procesa efektivitātes tālākai optimizēšanai.
