01
Акценти на хартия
Свръх{0}}мощните-лазери позволяват еднократно-заваряване на компоненти с дебели-секции, като предлагат предимства като висока ефективност и ниска цена; обаче, появата на изгърбени дефекти възпрепятства практическото им приложение. Това проучване предлага метод за потискане на изпъкналите дефекти, базиран на текстурирането на повърхността на интерфейсите на челните -фуги, като успешно се постига високо{6}}качествено еднопроходно-заваряване на неръждаема стомана с дебелина 20 mm. Създаден е модел на изчислителната динамика на флуидите (CFD), включващ особености на повърхностната микроструктура, и неговите симулационни резултати демонстрират добро съответствие с експерименталните данни. Повърхностното текстуриране упражнява два основни директни ефекта: насърчава разширяването на разтопения басейн и подобрява абсорбцията на лазерна енергия, като по този начин улеснява прехода на ключалката от не-проникващо към проникващо състояние. Разтопеният метал близо до стените на ключалката проявява по-високи тангенциални скорости, като същевременно възпрепятства низходящия поток на стопилката; освен това липсата на зона с ниска-скорост на дъното на басейна с разтопена маса позволява повърхностно{14}}напрежение-задвижвано назад-свиване на стопилката, като по този начин се потиска образуването на изпъкнали дефекти. Получените заваръчни шевове се отличават с по-фини зърна и по-голям дял ниско-ъглови граници на зърната, показващи отлична якост на опън и удължение. Промените в микроструктурата на заваръчния шев произтичат от по-интензивните термични цикли, изпитвани от разтопения басейн, докато подобренията в механичните свойства се дължат основно на подобреното качество на образуването на заваръчния шев. Този метод не изисква допълнително спомагателно оборудване по време на процеса на заваряване, като предлага изключително обещаващо решение за промишленото приложение на свръх-високо-мощно лазерно еднопроходно-заваряване в производството на компоненти с дебели-профили.
02
**Пълен текстов преглед**
Справяне с предизвикателствата, свързани с ултра{0}}високо{1}}мощното-лазерно-заваряване на дебели плочи-по-специално неговата чувствителност към "изгърбени" дефекти въпреки неговата висока ефективност и ниска цена, както и зависимостта на съществуващите методи за потискане на допълнително спомагателно оборудване-това проучване предлага повърхностен метод за микро-структуриране за напречни-напречни-сечения на съединителните съединения, като се използва аустенитна неръждаема стомана 316L с дебелина 20 mm като експериментален материал. Повърхностни микро{11}}структури с различни параметри бяха произведени чрез импулсно лазерно мрежово сканиране (означено като P-0 за не-структурираната контролна група, където всички параметри бяха настроени на нула; и P-1 до P-4 за микро-структурираните групи, всяка от които включва сканираща междина от 0,1 mm, но различаващи се по мощност на лазера и честота на импулса). Освен това беше създаден CFD модел, включващ характеристики на повърхностната микро-структура, и изследването беше проведено с помощта на цялостен набор от техники, включително лазерна конфокална микроскопия, дифракция на обратно разсейване на електрони (EBSD), изпитване на опън и високо{28}}изобразяване. Експерименталните резултати демонстрират, че параметричната група P-2 (мощност на лазера: 90 W; честота на импулса: 100 Hz) ефективно потиска изпъкналите дефекти, като по този начин се постига високо{31}}качествено едно-заваряване. Основният механизъм включва повърхностно микро-структуриране, насърчаващо разширяването на стопилката и абсорбцията на лазерна енергия, като по този начин улеснява прехода на ключалката от не-проникващо към проникващо състояние. Този преход води до повишена тангенциална скорост на разтопения метал в близост до стените на ключалката, възпрепятстване на низходящия поток на стопилката и елиминиране на зоните с ниска -скорост на дъното на стопилката. Едновременно с това, микроструктурата на заваръчния шев показва усъвършенстване на зърното и намален дял на ниско-ъглови граници на зърното; следователно, якостта на опън и удължението достигат съответно 96% и 65% от стойностите на основния метал. Този метод не изисква допълнително спомагателно оборудване, предлага висока гъвкавост и многофункционалност и осигурява жизнеспособно решение за промишленото приложение на свръхмощно лазерно заваряване на дебели плочи. Въпреки това, проучването също така признава някои ограничения - като изискването за допълнителна стъпка на обработка и липсата на ясно дефинирана връзка между специфични материали и оптимална грапавост на повърхността - което показва необходимостта от по-нататъшни изследвания и усъвършенстване в бъдеще.
03
Визуален анализ
Фигура 1 илюстрира, че повърхността на проба P-0 (a, f) не показва никакви микроструктури, изглежда напълно гладка и плоска. Проба P-1 (b, g)-обработена с ниска мощност и висока скорост на сканиране (45 W, 150 Hz)-характеристики шахматно разположени,-люспи-подобни на риба (Ra=6.23 μm). Образец P-2 (c, h)-обработен при 90 W и 100 Hz-показва непрекъснати бразди, подобни на вълни- (Ra=10.43 μm) без придружаващи пръски. Проби P-3 (d, i) и P-4 (e, j) - обработени при по-високо ниво на мощност (120 W) - показват стойности на Ra, достигащи съответно 20,48 μm и 26,43 μm, характеризиращи се с наличието на дълбоки бразди и частици от пръски. Тези резултати показват, че микроструктурите на групата P-2 притежават умерена грапавост; тази конфигурация гарантира ефективно поглъщане на лазерна енергия, като същевременно избягва прекомерни празнини, като по този начин полага солидна основа за потискане на дефектите на изкривяването. Обратно, проба P-0, която не е била подложена на обработка за структуриране на повърхността, не може да постигне този благоприятен ефект.
04
Резюме
Това проучване предлага метод за микро-структуриране на повърхността на челни съединения, успешно постигащ потискане на дефекти „гърбица“ по време на еднократно-пропускане, свръх-високо-лазерно заваряване на неръждаема стомана 316L с дебелина 20 mm. Този подход позволява производството на високо-качествени съединения без необходимост от допълнително спомагателно оборудване. Методът използва импулсен лазер за изработване на микро-структури с умерена грапавост върху повърхността на ставата (с междина, варираща от 1/15 до 2/15 от диаметъра на лазерното петно). От една страна, това насърчава разширяването на заваръчната вана и подобрява абсорбцията на лазерна енергия, като по този начин улеснява прехода на ключалката от затворено състояние към стабилно, напълно проникващо състояние. От друга страна, като използва ефекта на Марангони, той увеличава тангенциалната скорост на разтопения метал близо до стените на ключалката, като по този начин възпрепятства низходящия поток на стопилката и елиминира зоните с ниска -скорост на дъното на заваръчната вана, като основно намалява натрупването на стопилка в основата. Освен това повърхностното микро-структуриране подлага заваръчния шев на по-високи пикови температури и удължени времена на престой при повишени температури, което води до усъвършенстване на зърната. В крайна сметка това води до подобрени механични свойства, като якостта на опън и удължението на съединението достигат съответно 96% и 65% от стойностите на основния метал. В сравнение с традиционните техники-като вакуум-подпомогнати или електромагнитно подпомагани методи-този подход предлага превъзходна гъвкавост и широка приложимост; теоретично е подходящ за свързване на дълги шевове и извити повърхности на различни дебелини на материала. Въпреки това остават някои ограничения, включително изискването за допълнителни етапи на обработка и липсата на ясно дефинирани корелации между конкретни материали и техните оптимални параметри на повърхностната грапавост; следователно бъдещите изследвания трябва да се съсредоточат върху по-нататъшното оптимизиране на ефективността на процеса на микро-структуриране.
