01
نکات برجسته کاغذ
لیزرهای بسیار{0}}قدرت-جوشکاری تک پاسی اجزای بخش ضخیم- را امکان پذیر میکنند و مزایایی مانند راندمان بالا و هزینه کم را ارائه میدهند. با این حال، بروز عیوب قوز مانع کاربرد عملی آنها می شود. این مطالعه روشی را برای فرونشاندن عیوب قوز بر اساس بافت سطحی-رابط اتصالات، با موفقیت-جوشکاری تک پاسی با کیفیت بالا فولاد ضد زنگ با ضخامت 20 میلیمتر پیشنهاد میکند. یک مدل دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) شامل ویژگیهای ریزساختار سطحی ایجاد شد و نتایج شبیهسازی آن تطابق خوبی با دادههای تجربی نشان داد. بافت سطحی دو تأثیر مستقیم دارد: گسترش حوضچه مذاب را افزایش می دهد و جذب انرژی لیزر را افزایش می دهد، در نتیجه انتقال سوراخ کلید از حالت نافذ{11} به حالت نافذ را تسهیل می کند. فلز مذاب در نزدیکی دیوارههای سوراخ کلید، سرعت مماسی بالاتری از خود نشان میدهد در حالی که به طور همزمان جریان رو به پایین مذاب را مهار میکند. علاوه بر این، فقدان یک ناحیه با سرعت پایین-در پایین حوضچه مذاب، انقباضات مذاب سطحی-تنش{15}}برخوردار{16}}را ممکن میسازد، در نتیجه تشکیل عیوب قوز را مهار میکند. درزهای جوش حاصل دارای دانههای ریزتر و نسبت بالاتری از مرزهای{18}دانه با زاویه پایین هستند که استحکام کششی و کشیدگی عالی را نشان میدهند. تغییرات در ریزساختار جوش ناشی از چرخه های حرارتی شدیدتر است که توسط حوضچه مذاب تجربه می شود، در حالی که بهبود در خواص مکانیکی در درجه اول به کیفیت بهبود یافته شکل گیری جوش نسبت داده می شود. این روش به هیچ تجهیزات کمکی اضافی در طول فرآیند جوشکاری نیاز ندارد، و راه حلی بسیار امیدوارکننده برای کاربرد صنعتی جوشکاری تک پاس لیزر فوق العاده قوی-در ساخت قطعات ضخیم- ارائه می دهد.
02
**نمایش متن کامل**
پرداختن به چالشهای مرتبط با-روشهای لیزری فوقالعاده-تک پاسی-جوشکاری صفحات ضخیم-بهویژه حساسیت آن به عیوب "همپینگ" علیرغم راندمان بالا و هزینه کم، و اتکای روشهای سرکوب موجود بر روی ریزساختارهای کمکی اضافی{4} برای مطالعات سطحی{4} مقطع-مفاصل- لب به لب، با استفاده از فولاد ضد زنگ آستنیتی 316 لیتری به ضخامت 20 میلی متر به عنوان ماده آزمایشی. ساختارهای میکرو سطحی{11}}با پارامترهای مختلف از طریق اسکن شبکه لیزری پالسی ساخته شدند (تعیین شده به عنوان P{13}}0 برای گروه کنترل غیرساختار یافته، که در آن همه پارامترها روی صفر تنظیم شدند؛ و P{19}}1 تا P{20}}5 برای هر گروه scaturing 0.1 میلی متر اما در توان لیزر و فرکانس پالس متفاوت است). علاوه بر این، یک مدل CFD حاوی ویژگیهای ساختار میکرو{26}سطحی ایجاد شد، و بررسی با استفاده از مجموعهای از تکنیکها از جمله میکروسکوپ هم کانونی لیزری، پراش پراکندگی برگشتی الکترونی (EBSD)، تست کششی و تصویربرداری با سرعت بالا انجام شد. نتایج تجربی نشان میدهد که گروه پارامتر P{29}}2 (قدرت لیزر: 90 وات؛ فرکانس پالس: 100 هرتز) بهطور مؤثری نقصهای قوز را سرکوب میکند و در نتیجه به جوشکاری تک پاس با کیفیت بالا- دست مییابد. مکانیسم زیربنایی شامل ساختار میکرو{37}}سطحی است که باعث افزایش انبساط حوضچه مذاب و جذب انرژی لیزری میشود و در نتیجه انتقال سوراخ کلید از حالت غیرقابل نفوذ به حالت نافذ را تسهیل میکند. این انتقال منجر به افزایش سرعت مماسی فلز مذاب در نزدیکی دیوارههای سوراخ کلید، مهار جریان رو به پایین مذاب، و حذف مناطق کم سرعت در پایین حوضچه مذاب میشود. به طور همزمان، ریزساختار جوش، پالایش دانه و نسبت کمتری از مرزهای دانهای با زاویه{41} پایین را نشان میدهد. در نتیجه استحکام کششی و ازدیاد طول به ترتیب به 96% و 65% مقادیر فلز پایه می رسد. این روش به تجهیزات کمکی اضافی نیاز ندارد، انعطاف پذیری و تطبیق پذیری بالا را ارائه می دهد و راه حل مناسبی برای کاربرد صنعتی جوشکاری لیزری با قدرت فوق العاده بالا صفحات ضخیم ارائه می دهد. با این حال، این مطالعه همچنین محدودیتهای خاصی را تأیید میکند - مانند نیاز به یک مرحله پردازش اضافی و فقدان یک همبستگی مشخص بین مواد خاص و زبری سطح بهینه - که نشاندهنده نیاز به تحقیقات و اصلاح بیشتر در آینده است.
03
تحلیل بصری
شکل 1 نشان می دهد که سطح نمونه P{4}}0 (a, f) هیچ ریزساختاری را نشان نمی دهد و کاملاً صاف و مسطح به نظر می رسد. نمونه P-1 (b, g)-با استفاده از توان کم و سرعت اسکن بالا (45 وات، 150 هرتز) پردازش شده است-دارای ویژگیهای تکانخورده، ماهی-مقیاس-مانند حوضچههای ذوب (Ra=6.23 میکرومتر) است. نمونه P{17}}2 (c, h)-در 90 وات و 100 هرتز پردازش میشود-شارهای پیوسته و موجدار-مانند (Ra=10.43 میکرومتر) بدون پاشش همراه را نشان میدهد. نمونههای P-3 (d, i) و P-4 (e, j) - پردازش شده در سطح توان بالاتر (120 W) - مقادیر Ra را به ترتیب به 20.48 میکرومتر و 26.43 میکرومتر نشان میدهند که با وجود شیارهای عمیق و ذرات پاشش مشخص میشود. این نتایج نشان می دهد که ریزساختارهای گروه P-2 دارای زبری متوسط هستند. این پیکربندی به طور موثر جذب انرژی لیزر را تضمین میکند و در عین حال از شکافهای بیش از حد اجتناب میکند، در نتیجه یک پایه محکم برای سرکوب عیوب قوز ایجاد میکند. در مقابل، نمونه P-0-که تحت هیچ عملیات ساختاری سطحی قرار نگرفته است- قادر به دستیابی به این اثر مفید نیست.
04
خلاصه
این مطالعه یک روش میکرو{0}}ساختار سطحی برای مفاصل لب به لب را پیشنهاد میکند، که با موفقیت از بین بردن عیوب "قوز" در طول جوشکاری لیزری تک-و فوق{2}}بالا{3} از فولاد ضد زنگ 316L به ضخامت 20 میلیمتر، دست مییابد. این رویکرد امکان تولید اتصالات با کیفیت بالا را بدون نیاز به تجهیزات کمکی اضافی-میدهد. این روش از لیزر پالسی برای ساختن ساختارهای ریز{9} با زبری متوسط بر روی سطح اتصال (با شکاف لبه دار از 1/15 تا 2/15 قطر نقطه لیزر) استفاده می کند. از یک طرف، این امر باعث افزایش انبساط حوضچه جوش و افزایش جذب انرژی لیزر می شود، در نتیجه انتقال سوراخ کلید از حالت بسته به حالت پایدار و کاملا نافذ را تسهیل می کند. از سوی دیگر، با استفاده از اثر Marangoni، سرعت مماسی فلز مذاب را در نزدیکی دیوارههای سوراخ کلید افزایش میدهد، در نتیجه جریان رو به پایین مذاب را مهار میکند و مناطق کم سرعت{16} در پایین حوضچه جوش را حذف میکند و اساساً تجمع مذاب در پایه را کاهش میدهد. علاوه بر این، ساختار ریز{18}سطح، درز جوش را به دمای اوج بالاتر و زمان ماندگاری طولانیتر در دماهای بالا سوق میدهد که منجر به پالایش دانه میشود. در نهایت، این منجر به بهبود خواص مکانیکی می شود، با استحکام کششی و ازدیاد طول اتصال به ترتیب به 96٪ و 65٪ از مقادیر فلز پایه می رسد. در مقایسه با تکنیکهای سنتی-مانند خلاء-روشهای کمکی یا الکترومغناطیسی{25}}این رویکرد انعطافپذیری عالی و کاربرد وسیعی را ارائه میدهد. از نظر تئوری، برای اتصال درزهای بلند و سطوح منحنی در ضخامت های مختلف مواد مناسب است. با این حال، محدودیتهای خاصی باقی میماند، از جمله نیاز به مراحل پردازش اضافی و عدم وجود همبستگیهای مشخص بین مواد خاص و پارامترهای زبری سطح بهینه آنها. در نتیجه، تحقیقات آتی باید بر بهینه سازی بیشتر کارایی فرآیند ساختار{27} خرد متمرکز شود.
