Las Laser – Pangaruh Parameter Osilasi kana Las Laser Modeu Cincin Anu Bisa Disaluyukeun (ARM) tina Paduan Aluminium

Las Laser – Pangaruh Parameter Osilasi kana Las Laser Modeu Cincin Anu Bisa Disaluyukeun (ARM) tina Paduan Aluminium

1. Abstrak

Panilitian ieu nalungtik pangaruh amplitudo sareng frékuénsi osilasi kana kualitas permukaan, makro sareng mikrostruktur, sareng porositas modeu cingcin anu tiasa disaluyukeun (ARM).laser osilasi dilasPelat aloi aluminium A5083. Hasilna nunjukkeun yén kalayan ningkatna amplitudo sareng frékuénsi osilasi, kualitas permukaan las ningkat. Nalika amplitudo ningkat, penampang las robah tina bentuk "goblet" janten bentuk "bulan sabit". Analisis mikrostruktural nunjukkeun yén ukuran butir las henteu ngirangan kalayan ningkatna amplitudo sareng frékuénsi osilasi kusabab persaingan antara pangaruh pengadukan sareng réduksi laju pendinginan. Porositas las ngirangan kalayan ningkatna parameter osilasi, ngahontal porositas ahir 0,22% nalika amplitudo 2 mm. Tomografi sinar-X tilu diménsi langkung mastikeun pangaruh osilasi kana distribusi pori: pori-pori ageung condong ngahiji di tukangeun kolam renang anu lebur, sedengkeun pori-pori alit nunjukkeun simétri anu langkung saé. Panalungtikan ieu nyayogikeun wawasan anu berharga pikeun ngaoptimalkeun parameter osilasi pikeun ngahontal las laser kualitas luhur dina aplikasi aloi aluminium A5083.

2 Latar Belakang Industri

Paduan aluminium mibanda kaunggulan nyaéta hampang, kakuatan spésifik anu luhur, sareng tahan korosi anu saé, sareng seueur dianggo dina otomotif, karéta api kecepatan tinggi, aerospace sareng industri sanésna. Las laser mibanda kaunggulan nyaéta efisiensi anu luhur, zona anu kapangaruhan panas anu alit, sareng deformasi las anu alit. Ku kituna,las laser mangrupikeun metode las anu ekonomis anu cocog pikeun pelat kandel, anu tiasa ngirangan jumlah las anu liwat. Porositas mangrupikeun cacad anu signifikan dina las laser tina paduan aluminium, anu mangaruhan sacara serius sipat mékanis sambungan anu dilas. Ku alatan éta, panilitian anu éksténsif parantos dilakukeun pikeun ngirangan sareng ngaleungitkeun formasi porositas, kalebet ngaoptimalkeun gas pelindung, nerapkeun téknologi dual-beam, nganggo sistem kakuatan laser anu dimodulasi, sareng ngadopsi metode sinar osilasi. Téknologi las osilasi laser nonjol kusabab kamampuanna pikeun ngagabungkeun kaunggulan las laser sareng ciri khasna nyalira. Nganggo las osilasi laser henteu ngan ukur tiasa ngirangan porositas tapi ogé ningkatkeun mikrostruktur las sareng ningkatkeun kualitas las. Seueur panilitian utamina museurkeun kana rupa-rupa aspék las osilasi laser, kalebet réduksi porositas, optimasi distribusi énergi, panyampurnaan struktur butir, sareng karakterisasi aliran lebur dina kolam lebur. Distribusi énergi laser maénkeun peran penting dina distribusi suhu sareng jerona penetrasi las laser. Dina amplitudo osilasi anu tangtu, kalayan ningkatna frékuénsi scanning, prosés las transisi tina las penetrasi jero ka las anu teu stabil, sareng pamustunganana ka las konduksi panas. Hasilna nunjukkeun yén ningkatkeun amplitudo sareng frékuénsi scanning tiasa ngirangan porositas, tapi ogé sacara signifikan ngirangan jerona penetrasi las, sahingga ngirangan sipat mékanis las. Dina sababaraha taun ka pengker, laser mode ring anu tiasa disaluyukeun (ARM) parantos dikembangkeun, anu ngabagi énergi laser kana inti kalayan kapadetan énergi anu luhur sareng cincin kalayan kapadetan énergi anu handap, anu tujuanana pikeun ngastabilkeun liang konci sareng ningkatkeun kualitas las. Para panaliti parantos nganggo las osilasi laser ARM pikeun ngelas paduan aluminium kakuatan tinggi 6xxx dina babandingan kakuatan inti/ring sareng lébar osilasi anu béda. Hasil ékspérimén nunjukkeun yén faktor utama anu mangaruhan géométri las nyaéta lébar osilasi, tinimbang babandingan kakuatan inti-ring. Nanging, distribusi pori sareng mékanisme inhibisi na dina superposisi osilasi sareng laser ARM teu acan ditalungtik. Dina tulisan ieu, téknologi las osilasi laser ARM anu énggal diadopsi pikeun ngirangan porositas las, kéngingkeun jerona penetrasi anu langkung luhur sareng kualitas las anu langkung saé. Panilitian komprehensif ngeunaan distribusi énergi laser, paripolah dinamis kolam cair, sareng mikrostruktur dina frékuénsi sareng amplitudo osilasi anu béda-béda dilaksanakeun.

3. Tujuan sareng Prosedur Ékspérimén

Téhnologi las osilasi laser sirkular dianggo pikeun ngelas paduan aluminium. Bahan dasar (BM) nyaéta paduan aluminium 5083-O kalayan diménsi 300mm × 100mm × 5mm (panjang × lébar × kandel), sareng komposisi kimiana dipidangkeun dina tabel. Sateuacan ngelas, sampel dipoles pikeun miceun pilem oksida permukaan, teras dibersihkeun ku aseton dina bak ultrasonik salami 15 menit pikeun miceun minyak permukaan.sistem las laserutamana diwangun ku robot Kuka, laser disk TruDisk 8001, sareng pamindai galvanometer PFO 3D. Laser disk TruDisk 8001 dianggo salaku sumber laser modeu cingcin anu tiasa disaluyukeun, kalayan babandingan serat inti/cingcin 100/400 μm sareng daya kaluaran maksimum 8 kW (panjang gelombang 1030 nm, parameter kualitas sinar 4,0 mm·rad). Sinar laser diwangun ku bagian inti sareng bagian cingcin, dimana laser dina bagian inti tengah ngahasilkeun liang konci (60% tina énergi laser), sareng laser dina bagian cingcin mastikeun distribusi suhu anu saé (40% tina énergi laser), sapertos anu dipidangkeun dina Gambar (b). Panjang fokus kolimator sareng lénsa fokus masing-masing nyaéta 138 mm sareng 450 mm. Salila prosés pangelasan, kaméra kecepatan tinggi Phantom V1840 sareng sumber cahaya frékuénsi tinggi Cavilux dianggo pikeun ngawas prosés pangelasan sacara real-time, kalayan kecepatan némbak 5000 fps sareng waktos paparan 1 μs. Dina panilitian ieu, lintasan osilasi sinar sirkular, jalur gerakan laser, sareng kecepatan sakedapan dihartikeun sapertos anu dipidangkeun dina gambar.

4 Hasil sareng Diskusi

4.1 Ciri Morfologi Las Morfologi permukaan las dina modeu osilasi laser anu béda-béda dipidangkeun dina gambar. Hasilna nunjukkeun yén permukaan las tina las garis lempeng konvensional kasar (kasar 78,01 μm), kalayan kontinuitas riak las anu goréng sareng panyebaran las anu henteu cekap. Pembentukan las anu henteu cekap, percikan anu parah, sareng undercut ogé dititénan. Kalayan ningkatna amplitudo sareng frékuénsi osilasi, permukaan las nampilkeun sisik lauk anu padet sareng seragam. Kasar permukaan las kalayan amplitudo osilasi 0,5 mm, 1 mm, sareng 2 mm masing-masing nyaéta 80,71 μm, 49,63 μm, sareng 31,12 μm. Henteu aya iregularitas atanapi tonjolan anu disababkeun ku percikan. Hasilna nunjukkeun yén frékuénsi osilasi anu langkung luhur nyababkeun aliran kolam cair anu langkung teratur, pangaruh pangadukan sinar laser anu langkung kuat, sareng permukaan las anu langkung idéal. Sacara dasarna, bentuk las laser sacara kausal aya hubunganana sareng gerakan sinar laser. Salila pangelasan, parobahan dina amplitudo sareng frékuénsi osilasi ngarobih kecepatan pangelasan, sahingga mangaruhan kapadetan énergi linier sareng total input panas laser. Morfologi cross-sectional tina las nyaéta bentuk "goblet", diwangun ku dua bagian: bagian handap nyaéta "batang", sareng bagian luhur nyaéta "mangkok". Jero penetrasi sareng "batang" dihartikeun salaku H1 sareng H2, masing-masing, sareng lébar las ("mangkok") sareng "batang" dihartikeun salaku W1 sareng W2, masing-masing. Duanana lébar las W1 sareng W2 ningkat sacara sinkron sareng paningkatan amplitudo osilasi, sareng morfologi las laun-laun robah tina bentuk "goblet" janten bentuk "bulan sabit". Kapadetan énergi laser maksimum muncul dina tumpang tindih lintasan. Ngabandingkeun Gambar (b, d) sareng (c, e), tiasa katingali yén paningkatan frékuénsi scanning bakal ningkatkeun daérah tumpang tindih lintasan sapanjang jalur scanning, ngajantenkeun distribusi énergi laser langkung seragam. Nanging, réduksi kapadetan énergi maksimum bakal nyababkeun panurunan dina jerona las.

4.2 Paripolah Kolam Leleh Pikeun ngajelaskeun pangaruh jalur scanning kana paripolah kolam leleh, sistem kaméra kecepatan tinggi dianggo pikeun niténan prosés évolusi kolam leleh sareng liang konci. Gambar (a) nunjukkeun prosés évolusi kolam leleh dina jalur garis lempeng. Gambar (bf) nyaéta diagram évolusi kolam leleh dina parameter osilasi anu béda. Kalayan ningkatna frékuénsi sareng amplitudo osilasi, bagian tukang kolam leleh janten langkung buleud kusabab ékspansi lébar kolam leleh. Nalika panjang kolam leleh ningkat, fluktuasi permukaan anu disababkeun ku letusan liang konci nurun nalika rambatan ka tukang. Ku alatan éta, logam cair leleh padet kalayan lancar sareng teratur di tungtung tukang kolam leleh, ngabentuk sisik lauk las anu seragam sareng padet. Gambar nunjukkeun parobahan daérah bubuka liang konci nalika pangelasan laser, anu diturunkeun tina gambar fotografi kecepatan tinggi kolam leleh. Sakumaha anu dipidangkeun dina Gambar (a), nalika pangelasan garis lempeng, ukuran bubuka liang konci nunjukkeun fluktuasi anu jelas. Sababaraha conto panutupan liang konci (0 mm²) parantos dititénan, kalayan rata-rata lega bukaan liang konci 0,47 mm². Kanaékan amplitudo osilasi ogé tiasa ngirangan fluktuasi sareng ningkatkeun stabilitas. Ieu kusabab dina pangelasan osilasi, proporsi énergi anu langkung ageung disebarkeun ka dua sisi. Ku alatan éta, outlet dina liang konci ngalegaan, sareng amplitudo osilasi ningkat, sahingga ningkatkeun lega bukaan. Kanaékan amplitudo ngalegaan rentang aduk sinar laser, anu ngarah kana ékspansi radius gerakan périodik liang konci. Kusabab viskositas logam cair sareng tekanan hidrodinamik anu bertindak caket témbok liang konci, gerakan arus eddy lumangsung dina kolam cair pangelasan caket bukaan liang konci. Ékspansi daérah bukaan liang konci ningkatkeun stabilitasna, nyingkahan formasi gelembung, sareng ku kituna sacara signifikan ngahambat porositas.

4.3 Mikrostruktur Gambar ieu nunjukkeun morfologi EBSD tina penampang las dina frékuénsi osilasi sareng amplitudo anu béda. Di caket garis fusi las laser, butiran dendrit kolumnar tumuwuh ka arah puseur las. Sakumaha anu dipidangkeun dina Gambar (a), antara daérah "mangkok" sareng "batang", béda anu jelas dina distribusi butiran kolumnar tiasa dititénan. Butiran kolumnar disebarkeun dina bentuk U sapanjang témbok "mangkok", sedengkeun di daérah "batang", butiran kolumnar disebarkeun dina bentuk U sapanjang garis fusi. Salila solidifikasi las, butiran anu padet sawaréh dina zona fusi bertindak salaku situs nukleasi pikeun payun solidifikasi sareng langkung milih tumuwuh tegak lurus kana wates kolam anu lebur sapanjang arah gradien suhu maksimum. Fenomena ieu lumangsung kusabab kapadetan kakuatan laser anu luhur nyababkeun panas teuing di jero kolam las. Gradien termal G anu langkung luhur sareng laju pertumbuhan sedeng R ngajantenkeun G/R langkung ageung tibatan ambang pikeun transformasi mikrostruktur, anu ngahasilkeun formasi butiran kolumnar. Gradien suhu G di puseur las nurun, ngabalukarkeun babandingan G/R laun-laun turun di handap ambang transformasi mikrostruktur, transisi ka sisikian anu sami-sami padet. Sikian anu sami-sami kandel ayana di bagian tengah "mangkok" sareng "batang". Kusabab "batang" las sempit sareng caket kana bahan dasar, éta padet sapinuhna sateuacan daérah "mangkok" nalika niiskeun. Bagian "batang" anu padet bertindak salaku situs nukleasi di handapeun "mangkok", ngamajukeun kamekaran sisikian kolom ka luhur. Gambar nunjukkeun prosés las garis lempeng sareng osilasi. Ditémbongkeun yén parobahan kontinyu tina posisi sinar laser dina las osilasi laser bakal ningkatkeun panjang kolam cair antara, ngalemberehkeun deui logam anu parantos padet, ngahasilkeun panurunan dina laju kamekaran sisikian r. Ieu tiasa nyababkeun panurunan G/R dina zona sisikian anu sami-sami kandel handap.

4.4 Distribusi Porositas Tomografi sinar-X tilu diménsi dianggo pikeun ngalaksanakeun pamariksaan anu lengkep kana las, pikeun kéngingkeun distribusi tilu diménsi pori-pori dina las, sapertos anu dipidangkeun dina gambar. Porositas diitung salaku total volume pori-pori dibagi ku total volume las. Ku ngabandingkeun morfologi pori sareng distribusi las osilasi laser garis lempeng sareng las osilasi laser sirkular, kapanggih yén las osilasi laser garis lempeng ngandung pori-pori volume anu langkung ageung, kalayan porositas 2,49%, anu sacara signifikan langkung luhur tibatan sirkular.las osilasi laserKu cara ngabandingkeun Gambar (b, c) sareng (d, e), tiasa katingali yén ningkatkeun frékuénsi osilasi ngabantosan ngahambat formasi pori-pori. Ngabandingkeun Gambar (b, d) sareng (c, e), tiasa katingali yén paningkatan amplitudo osilasi ogé maénkeun peran anu penting dina ngahambat formasi pori-pori. Nalika amplitudo osilasi langkung ningkat janten 2 mm (Gambar (f)), porositas langkung dikirangan janten 0,22%, ngan ukur nyésakeun volume alit sareng pori-pori alit. Gambar éta ngagambarkeun distribusi daérah pori-pori dina jarak anu béda-béda ti garis tengah las, ngawakilan porositas dumasar kana ukuran daérah pori-pori. Pikeun pangelasan garis lempeng, daérah pori-pori disebarkeun sacara simétris sapanjang garis tengah las, sareng laun-laun ngirangan kalayan ningkatna jarak ti garis tengah las. Hasilna nunjukkeun yén pori-pori anu diinduksi ku liang konci utamina dikonsentrasi di tukangeun 后壁 tina kolam cair di garis tengah las. Pikeun pangelasan osilasi laser, simétri distribusi pori janten langkung lemah. Gambar ieu nunjukkeun daérah pori dina jarak anu béda-béda ti permukaan las, dimana garis beureum ngagambarkeun wates antara daérah "mangkok" sareng "batang". Dina kasus pori ageung anu dominan (Gambar (ac)), daérah pori di luhur wates nyumbang langkung ti 85%. Ieu kusabab transisi kontur dina wates itudinal anu panjang langkung condong ngajebak gelembung dina kolam las, sareng gelembung anu kajebak condong migrasi ka luhur dina pangaruh daya apung. Dina kasus pori alit anu dominan (Gambar (df)), pori-pori terkonsentrasi di daérah dina 0,5 mm di handap garis wates. Waktos pendinginan anu pondok sareng pamindahan ka luhur anu alit tiasa janten alesan pikeun fénoména ieu.

5 Kacindekan

(1) Modeu osilasi laser anu béda-béda gaduh pangaruh anu jelas dina permukaan las. Amplitudo sareng frékuénsi anu langkung luhur tiasa ningkatkeun kualitas permukaan, sedengkeun parameter osilasi anu ageung teuing tiasa ningkatkeun kakasaran sareng nyababkeun cacad cekung.

(2) Wangun las utamana ditangtukeun ku parameter osilasi laser, anu mangaruhan kecepatan las, distribusi énergi, sareng total input panas. Kalayan ningkatna amplitudo osilasi, morfologi las robih tina "goblet" ka "bulan sabit", sareng rasio aspékna nurun.

(3) Kalayan ningkatna amplitudo sareng frékuénsi osilasi, kolam anu lebur janten langkung lega sareng bagian tukang janten buleud. Éfék osilasi ningkatkeun panjang kolam anu lebur, anu mangpaat pikeun kaluarna gelembung sareng solidifikasi anu seragam. Salila pangelasan garis lempeng, daérah bubuka liang konci fluktuatif; sacara relatif, fluktuasi ieu tiasa dikirangan, ningkatkeun stabilitas pangelasan.

(4) Ningkatkeun amplitudo sareng frékuénsi osilasi ngirangan gradien termal sareng laju kamekaran, anu mangpaat pikeun ngabentuk ukuran butir anu ageung. Nanging, pangaruh pangadukan laser kondusif pikeun ngamurnikeun ukuran butir sareng ningkatkeun kakuatan tékstur. Dina parameter laser anu béda, karasana las tetep relatif stabil, rada handap tibatan bahan dasar, anu tiasa disababkeun ku leungitna penguapan magnésium.

(5) Tomografi sinar-X tilu diménsi nunjukkeun yén pangelasan garis lempeng ngagaduhan porositas anu langkung luhur (2,49%) sareng volume pori anu langkung ageung tibatan pangelasan osilasi. Ningkatkeun parameter osilasi tiasa ngirangan porositas sacara signifikan, bahkan ngahontal 0,22% nalika amplitudo 2 mm. Sebaran daérah pori robah kalayan osilasi: pori-pori ageung ngahiji di tukangeun kolam anu lebur, sareng pori-pori alit ngagaduhan simétri anu langkung saé. Pori-pori ageung utamina disebarkeun di luhur wates antara daérah "mangkok" sareng "batang", sedengkeun pori-pori alit dikonsentrasikeun di handap wates.