Studi Stabilitas Proses Dinamis Pengelasan Komposit Busur Laser Berdasarkan Perilaku Transisi Tetesan Meleleh

Pengelasan Komposit Busur Laser
Profesor Peilei Zhang dari Sekolah Sains dan Teknik Material di Universitas Shanghai untuk Teknik dan Teknologi (USET), bersama dengan para peneliti dari Universitas Warwick, Universitas Shanghai Jiao Tong dan Universitas Sains dan Teknologi Jiangsu (JUST), telah menerbitkan makalah berjudul “Research Status of Stability in Dynamic Process of Laser-Arc Hybrid Welding” di jurnal Coatings. Pengelasan Hibrida Busur Laser berdasarkan Perilaku Transfer Tetesan: Tinjauan".
01 Pendahuluan
Pengelasan Hibrid Busur Laser menggunakan sumber panas laser dan sumber panas busur listrik di wilayah yang sama, dan efek sinergis dari dua sumber panas di kolam lelehan yang sama juga menghasilkan peningkatan kecepatan pengelasan dan kedalaman fusi. sebagai peningkatan kemampuan menjembatani kesenjangan dan stabilitas proses. Artikel ini menjelaskan status penelitian terkini teknologi pengelasan komposit busur laser dalam hal perilaku transisi tetesan, mode transisi tetesan, dan analisis gaya tetesan. Dengan memilah makalah penelitian dan aplikasi teknik secara sistematis, prinsip kerja, keunggulan teknis, aplikasi teknik, dan studi stabilitas proses dinamis pengelasan dari pengelasan komposit busur laser diuraikan secara sistematis. Akhirnya, masalah-masalah yang dihadapi masa depan teknologi pengelasan laser-arc hybrid dirangkum.
Pengelasan Hibrid Busur Laser
02 Ikhtisar
Makalah ini mengulas konsep dasar dan karakteristik perilaku transisi tetesan las komposit busur laser, termasuk mode transisi tetesan dan analisis gaya tetesan. Penekanannya ditempatkan pada interaksi fisik timbal balik antara laser dan busur dan pengaruh sumber panas busur laser gabungan pada stabilitas las. Perilaku transisi lelehan memberikan informasi tentang stabilitas proses pengelasan, karakteristik perilaku busur, efisiensi peleburan, karakteristik proses seperti asap dan percikan pengelasan, dan karakteristik metalurgi pengelasan, dll., yang dicirikan oleh intuisi dan visibilitas, dan menjadi sebuah sumber dan cara perolehan informasi yang tak tergantikan dalam teknologi informasi pengelasan. Dalam proses pengelasan komposit busur laser, mode transisi tetesan logam ke kolam cair, ukuran tetesan, frekuensi transisi dan stabilitas bergantung pada sifat bahan pengelasan, parameter pengelasan, gas pelindung, energi laser, jarak kawat cahaya dan faktor lainnya, dan pada akhirnya tunduk pada berbagai gaya seperti gravitasi, gaya elektromagnetik, gaya aliran plasma, tegangan permukaan, gaya uap logam dan peran terintegrasi lainnya, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1 diagram skematik analisis gaya tetesan pengelasan komposit
Pengelasan Hibrid Busur Laser
03 Analisis Grafis
Jarak filamen merupakan faktor kunci dalam menentukan apakah sumber panas laser dan busur digabungkan secara optimal. Jarak filamen memiliki pengaruh yang signifikan terhadap kedalaman fusi, mode transisi tetesan, dan stabilitas proses pengelasan. Para peneliti telah menemukan bahwa ketika jarak filamen kecil, busur mengganggu stabilitas lubang kunci, dan stabilitas transisi jatuh sangat dipengaruhi oleh laser. Iradiasi sinar laser pada tetesan yang berceceran menghambat energi sinar laser, menghasilkan kedalaman las yang dangkal seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2. Selain itu, peningkatan jarak filamen mengakibatkan pergerakan logam cair yang tidak teratur yang menyebabkan keruntuhan lubang kunci, seperti serta logam yang telah dipadatkan sebelumnya mencegah logam cair bagian tengah memenuhi area ujung las, yang pada akhirnya mengakibatkan cacat gigitan.
Posisi relatif sumber panas laser dan busur pada arah pengelasan memiliki pengaruh penting pada pengelasan komposit busur laser. Beberapa peneliti dan cendekiawan percaya bahwa mode yang dipandu laser lebih unggul daripada mode yang dipandu oleh busur. Mereka percaya bahwa mode yang dipandu laser menghasilkan proses pengelasan yang lebih stabil, pembentukan las yang lebih baik, porositas yang lebih sedikit dan cacat percikan, serta penetrasi yang lebih baik dan pengelasan yang lebih kuat. Namun, peneliti lain percaya bahwa mode panduan busur lebih unggul daripada mode panduan laser. Mereka percaya bahwa dibandingkan dengan mode pemandu laser UHP, mode pemandu busur UHP menciptakan karakteristik busur yang stabil dan aliran kumpulan lelehan, dan sudut antara jari-jari tetesan leleh dan permukaan las menciptakan gaya penggerak yang lebih besar, sehingga meningkatkan pemisahan tetesan cair dan meningkatkan stabilitas proses pengelasan, dengan lebih sedikit percikan las dan pembentukan las yang lebih stabil.
Pentingnya gas pelindung harus dipertimbangkan untuk pengelasan laser tunggal dan pengelasan busur listrik. Dalam pengelasan laser, gas pelindung merupakan cara yang efektif untuk menghilangkan efek pelindung plasma, meningkatkan stabilitas proses pengelasan, dan mewujudkan pengelasan fusi mendalam. Dalam pengelasan busur, gas pelindung merupakan faktor kunci untuk mewujudkan pembakaran busur yang stabil dan menentukan distribusi kolom panas busur dan mode transisi tetesan cair. Para peneliti percaya bahwa penambahan 30% He meningkatkan efek gabungan laser dan busur, dan mode transisi lelehan berubah dari transisi jet tidak stabil ke transisi jet stabil, dan meningkatkan tingkat kecocokan transisi jet berputar dan siklus pulsa busur, dengan lebih sedikit fluktuasi bentuk gelombang busur, pembentukan lapisan las yang lebih baik, dan cacat pengelasan yang lebih sedikit. Selain itu, para peneliti percaya bahwa persentase volume He untuk meningkatkan kedalaman fusi las dan menghambat cacat porositas harus sebesar 50%. Kepadatan daya laser yang efektif meningkat seiring dengan peningkatan persentase volume He, yang berkontribusi terhadap peningkatan kedalaman fusi las. Cacat porositas las dapat ditekan secara efektif karena stabilitas lubang kecil ditingkatkan saat menggunakan campuran Ar-He.
Karena penambahan laser ke pengelasan busur menyebabkan perubahan morfologi busur dan morfologi kolam cair, yang menyebabkan perubahan gaya busur, medan elektromagnetik, dan tegangan permukaan kolam cair, perubahan faktor-faktor ini secara langsung akan menyebabkan perubahan karakteristik transisi. tetesan cair itu. Menggabungkan keunggulan peleburan dalam pengelasan laser dan menjembatani kinerja pengelasan busur, banyak peneliti dan cendekiawan telah memperhatikan perilaku transisi tetesan cair dalam pengelasan komposit busur laser. Mereka percaya bahwa penambahan laser memiliki efek mendorong dan menghambat transisi tetesan. Dalam mode hubung singkat dan transisi jatuh, laser mendorong transisi jatuh, sedangkan laser menghalangi transisi jatuh dalam mode transisi jet. Besaran dan arah gaya elektromagnetik dan plasma yang bekerja pada tetesan sangat penting dalam mempengaruhi perilaku transisi tetesan. Besaran dan arah gaya elektromagnetik dan plasma diubah karena perubahan distribusi arus dalam tetesan cair, yang disebabkan oleh plasma yang diinduksi laser dengan potensi ionisasi rendah.

04 Kesimpulan dan Pandangan
Pengelasan komposit busur laser adalah metode pemrosesan pengelasan jenis baru, yang menggabungkan dua sumber panas dengan mekanisme transfer energi dan sifat fisik yang sangat berbeda, dan pada saat yang sama bertindak dalam posisi pemrosesan, interaksi antara sumber panas yang berbeda dan interaksi antara sumber panas dan benda kerja untuk menghasilkan panas yang cukup untuk menyelesaikan proses pengelasan. Sebagai sumber panas pengelasan efisien jenis baru, hal ini dapat memberikan manfaat penuh dari masing-masing kelebihan kedua sumber panas, tetapi juga menutupi kekurangannya. Pengelasan busur gas inert / gas aktif laser dan elektroda leleh (MIG / MAG) adalah mode pengelasan komposit yang paling menjanjikan, ada kebutuhan mendesak untuk mempelajari lebih lanjut mekanisme fisik sumber panas komposit. Sementara itu, perilaku transisi lelehan leleh juga sangat penting dalam proses pengelasan komposit. Perilaku transisi tetesan dapat memberikan informasi yang akurat untuk proses pengelasan, dan secara efektif menentukan kestabilan proses pengelasan.
Dengan terus berkembangnya mesin konstruksi, ketebalan pelat juga semakin meningkat. Untuk memenuhi stabilitas pengelasan pelat tebal, kemiringan pelat tebal sangat penting. Karena rumitnya kemiringan pelat yang tebal, stabilitas busur dalam proses pengelasan juga terpengaruh sampai batas tertentu, yang mengakibatkan timbulnya cacat pengelasan. Pada saat yang sama, timbulnya cacat berkaitan erat dengan perilaku transisi tetesan lelehan. Dalam pengelasan komposit busur laser berdaya tinggi, timbulnya cacat pengelasan tidak dapat dihindari. Optimalisasi dan kemajuan teknologi simulasi numerik menerobos keterbatasan analisis cacat dan memberikan landasan teori yang kuat untuk pengembangan lebih lanjut proses inovatif. Karena banyaknya parameter proses dalam pengelasan komposit busur laser, jendela parameter proses terus-menerus dipersempit untuk mendapatkan formasi las terbaik, dan variasi parameter proses juga berdampak besar pada karakteristik transisi lelehan. tetesan kecil. Oleh karena itu, eksplorasi parameter proses yang berkelanjutan sangat penting bagi mode transisi lelehan pengelasan komposit busur laser.