Знание - Sanxin

Предговор на 01

Технологията за лазерно заваряване играе решаваща роля в съвременното производство, като ядрото й се крие във формирането и бързото втвърдяване на разтопената вана. Характеристиките на разтопения басейн не само определят качеството на заваряване, но също така пряко влияят върху микроструктурата и механичните свойства на металите. През последните години, с развитието на лазерната технология и разширяването на полетата на приложение, изследванията върху характеристиките на разтопената вана за лазерно заваряване стават все по-задълбочени. Изследователите са провели обширни и задълбочени дискусии върху характеристиките на динамиката на флуидите, еволюцията на микроструктурата и механизма за образуване на пори на разтопения басейн чрез експериментално наблюдение, числена симулация и теоретичен анализ от множество гледни точки.

02 Динамика на разтопения басейн

Динамиката на разтопения басейн е ключова област в изследванията на лазерното заваряване, включваща формирането, потока и стабилността на разтопения басейн. Мощността на лазера и скоростта на заваряване са основните параметри, влияещи върху динамиката на басейна с разтопена течност. По-високата лазерна мощност и по-ниската скорост на заваряване обикновено водят до по-дълбока разтопена вана, но прекомерната мощност може да причини прегряване на материала и образуване на пори. Потокът на течността в басейна с разтопена течност се задвижва главно от повърхностното напрежение, силата на реакция на изпарение и плаваемостта, както е показано на Фигура 1. Тези сили работят заедно, за да повлияят на формата и стабилността на басейна с разтопена течност.

Например, конвекцията на Марангони, задвижвана от повърхностното напрежение, може да причини температурен градиент на повърхността на разтопения басейн, влияейки върху модела на потока и скоростта на охлаждане на разтопения басейн. Конвекцията на Марангони образува радиален поток навън върху повърхността на разтопения басейн, пренасяйки топлината от центъра навън и правейки разтопения басейн по-плитък. Този модел на потока е особено очевиден при лазерно заваряване с висока мощност, тъй като значително променя формата и размера на разтопената вана. Чрез числена симулация и експериментални изследвания тези сложни процеси могат да бъдат разбрани по-добре, като по този начин се оптимизират параметрите на процеса на заваряване и се подобрява качеството на заваряване.

В допълнение, силата на отката на изпарението също е важен фактор, влияещ върху динамиката на разтопения басейн. По време на лазерно заваряване изпарението на материалите генерира сила на отката, която избутва течния метал в разтопения басейн да изтича навън. Тази сила на отката е особено важна при високомощно лазерно заваряване, тъй като може да причини значителни промени във формата и размера на разтопената вана. Например, когато мощността на лазера е твърде висока, силата на отката на изпарението може да доведе до изпъкване на ръбовете на разтопената вана, което да повлияе на качеството на заварената връзка.

Плаваемостта също е един от важните фактори, влияещи върху динамиката на разтопения басейн. В разтопения басейн, поради наличието на температурни градиенти, по-горещият течен метал се издига, докато по-хладният течен метал се спуска, образувайки конвекция. Тази конвекция може да подобри смесването и еднородността на разтопения басейн, но също така увеличава нестабилността на разтопения басейн. Чрез рационално контролиране на параметрите на заваряване, конвекцията на плаваемостта в разтопения басейн може да бъде оптимизирана, за да се подобри качеството на заваряване.

 

03 Микроструктура и порьозност

Характеристиките на микроструктурата и порьозността на лазерно заварените съединения оказват значително влияние върху работата на заварените съединения. Бързото охлаждане обикновено води до образуване на дребнозърнести структури, повишаващи твърдостта и здравината на заварените съединения. Прекалено бързите скорости на охлаждане обаче могат също да причинят порьозност, намалявайки плътността и механичните свойства на заварените съединения. Образуването на порьозност е свързано главно с разтворимостта на газовете в разтопения басейн, процесите на изпаряване и втвърдяване. Например, при заваряване на алуминиеви сплави, разтворимостта на водород в течните алуминиеви сплави е много по-висока, отколкото в твърдите алуминиеви сплави. Следователно, по време на процеса на заваряване, водородът ще се утаи от течната алуминиева сплав, образувайки порьозност, както е показано на Фигура 3. Чрез оптимизиране на параметрите на заваряване, като намаляване на скоростта на заваряване и подобряване на качеството на защитния газ, образуването на порьозност може да бъде ефективно намалено. Освен това използването на защитен газ с ниска точка на оросяване също може да намали съдържанието на водород, като по този начин намалява вероятността от образуване на порьозност.

Развитието на микроструктурата също е тясно свързано с термичния цикъл по време на процеса на заваряване. Разумният контрол на термичния цикъл може да постигне идеална микроструктура и да подобри работата на заварените съединения. Например, при заваряване на аустенитна неръждаема стомана бързото охлаждане води до образуване на финозърнести мартензитни структури, повишаващи твърдостта и здравината на заварените съединения. Прекалено бързите скорости на охлаждане обаче могат също да причинят образуване на пукнатини и порьозност, намалявайки якостта на заварените съединения, както е показано на Фигура 4. Чрез разумно контролиране на параметрите на заваряване термичният цикъл може да бъде оптимизиран за постигане на идеална микроструктура и подобряване на работата на заварените съединения. Освен това, развитието на микроструктурата е свързано и с химическия състав на материала. Различните химични състави могат да доведат до различни поведения на фазова трансформация и микроструктурни структури. Например, когато заварявате нисковъглеродна стомана, добавянето на подходящо количество манган и силиций може да насърчи образуването на ферит, повишавайки якостта на заварените съединения. Чрез рационален избор на химичния състав на материала може да се оптимизира микроструктурата, подобрявайки работата на заварените съединения.

04 Обобщение

Тази статия обобщава динамичното поведение на разтопената вана за лазерно заваряване, развитието на микроструктурата и механизма на образуване на пори. Чрез задълбочено разбиране на тези характеристики, параметрите на процеса на лазерно заваряване могат да бъдат оптимизирани, за да се подобри качеството на заваряване. Бъдещите изследвания ще продължат да задълбочават разбирането на характеристиките на разтопения басейн, комбинирайки теории и методи от множество дисциплини за изследване на по-ефективни процеси на заваряване. Развитието на технологията за лазерно заваряване ще донесе повече иновации и пробиви в съвременното производство.

Екипът на Vigor има богат опит в лазерното заваряване и монтаж на резервни части чрез лазерно заваряване. Ако имате някакви въпроси или въпроси, с които можем да помогнем, не се колебайте да се свържете с нас на info@castings-forging.com