01 Introdução ao artigo
Atualmente, há pouca atenção sobre as razões pelas quais o espaçamento dos fios na soldagem híbrida-a arco laser causa defeitos de soldagem, especialmente na soldagem de placas espessas, onde a instabilidade da formação de placas espessas é maior e os defeitos de soldagem são mais prováveis de ocorrer. Para entender melhor a influência do espaçamento dos fios na formação de defeitos na soldagem híbrida de placas espessas, este estudo utilizou soldagem híbrida a laser de alta-velocidade e alta{3}}potência-para soldar placas de aço marítimo AH36 de 12 mm de espessura. Uma câmera de alta-velocidade foi usada para observar a transferência de gotículas e o fluxo da poça fundida, e simulações numéricas foram empregadas para estudar o comportamento específico do fluxo da poça fundida. Isso esclarece o mecanismo pelo qual o espaçamento dos fios afeta a formação de defeitos na soldagem híbrida-de fio a laser.
02 Visão geral do papel:
A soldagem{0}}híbrida a arco e laser (LAHW), como método de união amplamente promissor, tem atraído atenção significativa nas juntas de placas espessas da construção naval. Como um dos parâmetros de soldagem mais críticos na soldagem híbrida a arco-a laser, o espaçamento entre o feixe de laser e o arco pode afetar significativamente o efeito de acoplamento entre o laser e o arco, especialmente em condições de soldagem de alta-potência e alta-velocidade. Portanto, explorar o efeito do espaçamento dos feixes na soldagem tem um significado teórico importante para futuras pesquisas e produção industrial. Este artigo usa fotografia de alta-velocidade do processo de soldagem para analisar o impacto do espaçamento do feixe na transferência de gotas e na estabilidade do fluxo da poça fundida, e combina simulação numérica para examinar o mecanismo de formação de defeitos de soldagem. Os resultados mostram que um espaçamento de feixe apropriado pode produzir soldas bem-formadas sem defeitos de soldagem óbvios. Quando o espaçamento do feixe é muito próximo, o efeito de acoplamento excessivo entre o laser e o arco leva à transferência instável de gotas e ao fluxo da poça fundida, resultando em defeitos de soldagem, como respingos e cortes inferiores. Quando o espaçamento entre vigas é muito grande, o efeito de acoplamento das duas fontes de calor é enfraquecido, o reforço da solda diminui e podem ocorrer defeitos de porosidade.
03 Análise Gráfica:
A partir das imagens da morfologia da superfície da solda e da morfologia da-seção transversal sob diferentes espaçamentos do feixe de laser (Figura 1), pode-se observar que a formação da superfície da solda varia significativamente com diferentes espaçamentos do feixe de laser, enquanto a morfologia-da seção transversal das soldas sob diferentes espaçamentos é semelhante, todas aparecendo em forma de cálice-. Quando o espaçamento do feixe de laser é de 4 mm, não há defeitos óbvios de soldagem e a formação da solda é ideal.
Como pode ser visto na Figura 2, à medida que o espaçamento entre as fibras ópticas aumenta gradualmente de 0 mm para 8 mm, a frequência das transições de curto-circuito primeiro diminui e depois aumenta.
Como pode ser visto na Figura 3, quando a soldagem MAG pura é utilizada, no modo de transição de jato, a direção da transição do jato ocorre ao longo da linha retardada da ponta do fio. Quando o laser é adicionado à soldagem híbrida, o ângulo de deflexão da transição do jato muda significativamente.
No gráfico estatístico da Figura 5, pode-se observar que a frequência das transições de{1}curto-circuito inicialmente diminui e depois aumenta. A magnitude do ângulo de deflexão da transição do jato diminui gradualmente à medida que a distância entre as fibras ópticas aumenta de 0 mm para 4 mm. Quando o espaçamento das fibras aumenta ainda mais para 6-8 mm, o efeito do laser no ângulo de deflexão da transição do jato desaparece gradualmente.
Como pode ser visto na Figura 6, parte dos defeitos de respingos surgem de transições instáveis de curto-circuito. Em T+5.9 ms, a ponte de metal fundido sofre um fenômeno de 'ruptura de estreitamento', formando muitos respingos finos.
Como pode ser visto na Figura 7, devido à influência das forças do vapor metálico dentro do buraco de fechadura e ao impacto causado pela transição da gota, na posição traseira do buraco de fechadura, o metal fundido na superfície da poça de fusão flui muito rapidamente e se desprende da poça, formando defeitos de respingos.
A partir dos resultados da simulação numérica na Figura 8, pode-se observar que sob os efeitos combinados do laser e do arco, a temperatura do metal fundido próximo ao centro da poça fundida é mais alta e a vazão é mais rápida. Isso faz com que o metal fundido se acumule em direção ao centro da piscina. À medida que a solda esfria, o metal fundido em ambos os lados continua a se mover em direção à região intermediária sob a influência da força de Marangoni, resultando na formação de defeitos recortados em ambos os lados da solda.
Como pode ser visto na Figura 9, quando o espaçamento entre os filamentos é muito grande, o efeito de pré-aquecimento do arco é enfraquecido, o efeito de aquecimento do laser na parte inferior do buraco da fechadura é reduzido e a estabilidade do furo se deteriora. Devido à transferência insuficiente de energia para a parte inferior da solda, a metade inferior do buraco de fechadura torna-se instável e não pode permanecer continuamente aberta, dificultando o escape de bolhas internas de gás, resultando em defeitos de porosidade.
03 Resumo e Perspectivas
Este artigo usa soldagem híbrida MAG de-laser de alta potência-em aço AH36 de 12 mm de espessura para estudar a formação da solda, a transição de gotículas e o comportamento do fluxo da poça de fusão. Além disso, são discutidos o efeito do espaçamento dos fios do laser no processo de soldagem e o mecanismo de formação de defeitos de solda. As principais conclusões são as seguintes: (1) Quando a potência do laser é de 9,5 kW, a velocidade de alimentação do fio é de 10 m/min, a velocidade de soldagem é de 1,8 m/min e o espaçamento do fio do laser é de 4 mm, a melhor formação de solda é alcançada, com um reforço de solda de 0,28 mm e uma largura de solda de 5,02 mm, sem defeitos como cortes inferiores, respingos ou porosidade. (transição de jato + curto-circuito). À medida que o espaçamento dos fios do laser aumenta, a frequência da transição de curto-circuito primeiro diminui e depois aumenta. Quando o espaçamento dos fios do laser é 0, 2, 4, 6 e 8 mm, a frequência de transição de curto-circuito é 161 Hz, 124 Hz, 95 Hz, 116 Hz e 138 Hz, respectivamente. O ângulo de deflexão da transição do jato diminui com o aumento do espaçamento dos fios. Quando o espaçamento dos fios é superior a 6 mm, o ângulo de deflexão não é mais afetado pelo espaçamento dos fios, consistente com a soldagem MAG simples.(3) Os respingos se formam principalmente acima do buraco da fechadura do laser e na parte traseira da poça de fusão. A transição de gotículas de curto-circuito induz estrangulamentos e ruptura da ponte de metal líquido, formando múltiplas pequenas gotículas de metal, que são ainda influenciadas pelo vapor de metal ejetado do buraco da fechadura, resultando em respingos. Além disso, a poça fundida é afetada pela pluma de vapor e pela força de impacto da transição das gotas, causando um aumento na velocidade de fluxo do metal fundido no lado traseiro. Quando o metal fundido flui diagonalmente para cima a uma velocidade de 0,3 m/s, parte do metal fundido se separa da poça, formando respingos.(4) A formação de defeitos rebaixados está intimamente relacionada ao fluxo da poça fundida. O metal fundido na área-soprada de gás e ao redor do buraco da fechadura flui continuamente para trás, fazendo com que a parte traseira da piscina suba. À medida que a área de solda se solidifica gradualmente, sob a força de Marangoni, o metal fundido nos lados relativamente mais frios da solda flui em direção ao centro quente, deixando metal fundido insuficiente na ponta da solda e resultando em defeitos de corte inferior. (5) Quando o espaçamento do fio do laser é muito grande, é provável que ocorra porosidade dentro da solda. O efeito de acoplamento entre o laser e o arco é significativamente enfraquecido, fazendo com que as poças de fusão do laser e do arco fiquem quase separadas, reduzindo a energia transmitida para a parte inferior da solda. Isto diminui a estabilidade na parte inferior do buraco de fechadura, dificultando o escape de bolhas da poça fundida, formando defeitos de porosidade à medida que a solda esfria e solidifica.
