مکانیسم و ​​طرح سرکوب تشکیل پاشش جوشکاری لیزری

تعریف عیب اسپلش: اسپلش در جوشکاری به قطرات فلز مذابی اطلاق می شود که در طی فرآیند جوشکاری از حوضچه مذاب خارج می شود. این قطرات ممکن است روی سطح کار اطراف بریزند و باعث ناهمواری و ناهمواری سطح شوند و همچنین ممکن است باعث از دست دادن کیفیت حوضچه مذاب شوند و در نتیجه باعث ایجاد فرورفتگی، نقاط انفجار و سایر عیوب روی سطح جوش شوند که بر خواص مکانیکی جوش تأثیر می گذارد. .

اسپلش در جوشکاری به قطرات فلز مذابی اطلاق می شود که در طول فرآیند جوشکاری از حوضچه مذاب خارج می شود. این قطرات ممکن است روی سطح کار اطراف بریزند و باعث ناهمواری و ناهمواری سطح شوند و همچنین ممکن است باعث از دست دادن کیفیت حوضچه مذاب شوند و در نتیجه باعث ایجاد فرورفتگی، نقاط انفجار و سایر عیوب روی سطح جوش شوند که بر خواص مکانیکی جوش تأثیر می گذارد. .

طبقه بندی اسپلش:

پاشش های کوچک: قطرات انجماد در لبه درز جوش و روی سطح مواد وجود دارد که عمدتاً بر ظاهر تأثیر می گذارد و تأثیری بر عملکرد ندارد. به طور کلی، مرز برای تشخیص این است که قطره کمتر از 20٪ از عرض همجوشی درز جوش باشد.

پاشش زیاد: افت کیفیتی وجود دارد که به صورت فرورفتگی، نقاط انفجار، زیر بریدگی و غیره در سطح درز جوش ظاهر می شود که می تواند منجر به تنش و کرنش ناهموار شود و بر عملکرد درز جوش تأثیر بگذارد. تمرکز اصلی روی این نوع عیوب است.

فرآیند وقوع پاشش:

پاشش به صورت تزریق فلز مذاب در حوضچه مذاب در جهتی تقریباً عمود بر سطح مایع جوشکاری به دلیل شتاب زیاد ظاهر می شود. این را می توان به وضوح در شکل زیر مشاهده کرد، جایی که ستون مایع از مذاب جوش بالا می رود و به قطرات تجزیه می شود و پاشش ایجاد می کند.

صحنه وقوع چلپ چلوپ

جوشکاری لیزری به دو دسته جوشکاری رسانایی حرارتی و جوشکاری با نفوذ عمیق تقسیم می شود.

جوشکاری رسانایی حرارتی تقریباً هیچگونه پاششی ندارد: جوشکاری هدایت حرارتی عمدتاً شامل انتقال گرما از سطح ماده به داخل است و تقریباً هیچ پاششی در طول فرآیند ایجاد نمی شود. این فرآیند شامل تبخیر شدید فلز یا واکنش های متالورژیکی فیزیکی نمی شود.

جوشکاری با نفوذ عمیق سناریوی اصلی است که در آن پاشش اتفاق می افتد: جوشکاری با نفوذ عمیق شامل رسیدن لیزر به طور مستقیم به مواد، انتقال گرما به مواد از طریق سوراخ کلید، و واکنش فرآیند شدید است، و آن را به سناریوی اصلی که در آن پاشش رخ می دهد، تبدیل می کند.

همانطور که در شکل بالا نشان داده شده است، برخی از محققان از عکاسی با سرعت بالا همراه با شیشه شفاف با دمای بالا برای مشاهده وضعیت حرکت سوراخ کلید در حین جوشکاری لیزری استفاده می کنند. می توان دریافت که لیزر اساساً به دیواره جلویی سوراخ کلید برخورد می کند و مایع را به سمت پایین فشار می دهد تا سوراخ کلید را دور بزند و به دم حوضچه مذاب می رسد. محل دریافت لیزر در داخل سوراخ کلید ثابت نیست و لیزر در حالت جذب فرنل در داخل سوراخ کلید قرار دارد. در واقع حالتی از انکسار و جذب چندگانه است که وجود مایع حوضچه مذاب را حفظ می کند. موقعیت انکسار لیزر در طول هر فرآیند با زاویه دیواره سوراخ کلید تغییر می کند و باعث می شود سوراخ کلید در حالت حرکت پیچشی قرار گیرد. موقعیت تابش لیزر ذوب می شود، تبخیر می شود، تحت فشار قرار می گیرد و تغییر شکل می دهد، بنابراین ارتعاش پریستالتیک به جلو حرکت می کند.

مقایسه ای که در بالا ذکر شد از شیشه شفاف با دمای بالا استفاده می کند که در واقع معادل نمای مقطعی حوضچه مذاب است. به هر حال، وضعیت جریان حوضچه مذاب با وضعیت واقعی متفاوت است. از این رو برخی از محققان از فناوری انجماد سریع استفاده کرده اند. در طی فرآیند جوشکاری، حوضچه مذاب به سرعت منجمد می شود تا حالت آنی در داخل سوراخ کلید بدست آید. به وضوح می توان دید که لیزر با دیواره جلویی سوراخ کلید برخورد می کند و یک پله را تشکیل می دهد. لیزر بر روی این شیار پله ای عمل می کند و حوضچه مذاب را فشار می دهد تا به سمت پایین جریان یابد، شکاف سوراخ کلید را در طول حرکت لیزر به جلو پر می کند و بنابراین نمودار جهت جریان تقریبی جریان را در داخل سوراخ کلید حوضچه مذاب واقعی به دست می آورد. همانطور که در شکل سمت راست نشان داده شده است، فشار پس زدگی فلز ایجاد شده توسط لیزر فلز مایع، حوضچه مذاب مایع را به سمت دور زدن دیواره جلو هدایت می کند. سوراخ کلید به سمت دم حوض مذاب حرکت می کند، مانند یک فواره از عقب به سمت بالا می رود و به سطح حوضچه مذاب دم برخورد می کند. در همان زمان، به دلیل کشش سطحی (هرچه دمای کشش سطحی کمتر باشد، ضربه بیشتر می شود)، فلز مایع در حوضچه مذاب دم توسط کشش سطحی کشیده می شود تا به سمت لبه حوضچه مذاب حرکت کند و به طور مداوم جامد شود. . فلز مایعی که در آینده می تواند جامد شود، به سمت دم سوراخ کلید به گردش در می آید و غیره.

نمودار شماتیک جوشکاری با نفوذ عمیق سوراخ کلید لیزری: الف: جهت جوش. ب: پرتو لیزر. ج: سوراخ کلید. د: بخار فلز، پلاسما؛ E: گاز محافظ؛ F: دیوار جلوی سوراخ کلید (سنگ زنی قبل از ذوب)؛ G: جریان افقی مواد مذاب از طریق مسیر سوراخ کلید. H: رابط انجماد استخر مذاب. I: مسیر جریان رو به پایین حوضچه مذاب.

فرآیند برهمکنش بین لیزر و مواد: لیزر بر روی سطح ماده عمل می کند و فرسایش شدید ایجاد می کند. مواد ابتدا حرارت داده می شود، ذوب می شود و تبخیر می شود. در طول فرآیند تبخیر شدید، بخار فلز به سمت بالا حرکت می کند تا به حوضچه مذاب فشار برگشت رو به پایین وارد کند و در نتیجه سوراخ کلید ایجاد شود. لیزر وارد سوراخ کلید می شود و تحت فرآیندهای گسیل و جذب متعددی قرار می گیرد که منجر به تامین مداوم بخار فلزی می شود که سوراخ کلید را حفظ می کند. لیزر عمدتاً روی دیواره جلویی سوراخ کلید عمل می کند و تبخیر عمدتاً در دیواره جلویی سوراخ کلید رخ می دهد. فشار پس زدگی فلز مایع را از دیواره جلویی سوراخ کلید فشار می دهد تا در اطراف سوراخ کلید به سمت دم حوضچه مذاب حرکت کند. مایعی که با سرعت زیاد در اطراف سوراخ کلید حرکت می کند، حوضچه مذاب را به سمت بالا تحت تاثیر قرار می دهد و امواج برآمده را تشکیل می دهد. سپس، تحت تأثیر کشش سطحی، به سمت لبه حرکت می کند و در چنین چرخه ای جامد می شود. پاشش عمدتاً در لبه دهانه سوراخ کلید رخ می دهد و فلز مایع روی دیواره جلویی با سرعت زیاد سوراخ کلید را دور می زند و بر موقعیت حوضچه مذاب دیواره عقب تأثیر می گذارد.