Soudi Lazè - Enfliyans Paramèt Osilasyon yo sou Soudi Lazè Mòd Bag Reglabl (ARM) nan Alyaj Aliminyòm

Soudi Lazè - Enfliyans Paramèt Osilasyon yo sou Soudi Lazè Mòd Bag Reglabl (ARM) nan Alyaj Aliminyòm

1. Rezime

Etid sa a envestige efè anplitid ak frekans osilasyon sou kalite sifas la, makro ak mikwo estrikti yo, ak porosit mòd bag reglabl (ARM).soude ak lazè ki osilanPlak alyaj aliminyòm A5083. Rezilta yo montre ke avèk ogmantasyon anplitid ak frekans osilasyon an, kalite sifas soudi a amelyore. Ofiramezi anplitid la ogmante, seksyon soudi a transfòme soti nan yon fòm "goblet" nan yon fòm "kwasan". Analiz mikwostriktirèl endike ke gwosè grenn soudi a pa diminye avèk ogmantasyon anplitid ak frekans osilasyon an akòz konpetisyon ant efè brase a ak rediksyon vitès refwadisman an. Porosit soudi a diminye avèk ogmantasyon paramèt osilasyon yo, rive nan yon porosit final 0.22% lè anplitid la se 2 mm. Tomografi reyon X twa dimansyon konfime plis enfliyans osilasyon sou distribisyon porosit yo: gwo porosit yo gen tandans rasanble dèyè pisin fonn lan, alòske ti porosit yo montre pi bon simetri. Rechèch sa a bay enfòmasyon enpòtan pou optimize paramèt osilasyon pou reyalize soude lazè kalite siperyè nan aplikasyon alyaj aliminyòm A5083 yo.

2 Istorik Endistri a

Alyaj aliminyòm yo gen avantaj tankou pwa lejè, gwo fòs espesifik, ak bon rezistans korozyon, epi yo lajman itilize nan endistri otomobil, tren gwo vitès, ayewospasyal ak lòt endistri yo. Soudi lazè gen avantaj tankou gwo efikasite, ti zòn ki afekte pa chalè, ak ti defòmasyon soudi. Se poutèt sa,Soudi lazè se yon metòd soudi ekonomik ki apwopriye pou plak epè, sa ki ka diminye anpil kantite pasaj soude yo. Porosit se yon domaj enpòtan nan soude lazè alyaj aliminyòm yo, ki afekte seryezman pwopriyete mekanik jwenti soude yo. Se poutèt sa, yo te fè anpil etid pou diminye epi elimine fòmasyon porosit, tankou optimize gaz pwoteksyon, aplike teknoloji doub gwo bout bwa, itilize sistèm pouvwa lazè modulation, epi adopte metòd gwo bout bwa osilan. Teknoloji soude lazè osilan an distenge tèt li pou kapasite li pou konbine avantaj soude lazè ak pwòp karakteristik li yo. Sèvi ak soude lazè osilan an pa sèlman ka diminye porosit, men tou amelyore mikwoestrikti soude a epi amelyore kalite soude a. Yon gwo kantite etid te sitou konsantre sou divès aspè nan soude lazè osilan, tankou rediksyon porosit, optimize distribisyon enèji, rafinman estrikti grenn, ak karakterizasyon koule fonn nan pisin fonn lan. Distribisyon enèji lazè jwe yon wòl enpòtan nan distribisyon tanperati a ak pwofondè penetrasyon soude lazè a. Nan yon sèten anplitid osilasyon, ak ogmantasyon frekans eskanè a, pwosesis soude a chanje soti nan soude penetrasyon pwofon nan soude enstab, epi finalman nan soude kondiksyon chalè. Rezilta yo montre ke ogmante anplitid ak frekans eskanè ka diminye porosit, men tou, li ka diminye pwofondè penetrasyon soudi a anpil, kidonk li diminye pwopriyete mekanik soudi a. Nan dènye ane yo, yo te devlope yon lazè mòd bag reglabl (ARM), ki divize enèji lazè a an yon nwayo ki gen yon dansite enèji ki wo ak yon bag ki gen yon dansite enèji ki ba, pou vize estabilize twou kle a epi amelyore kalite soudi a. Chèchè yo te itilize soudi lazè osilan ARM pou soude alyaj aliminyòm 6xxx ki gen gwo fòs anba diferan rapò pouvwa nwayo/bag ak lajè osilasyon. Rezilta eksperimantal yo montre ke faktè prensipal ki afekte jeyometri soudi a se lajè osilasyon an, olye ke rapò pouvwa nwayo-bag la. Sepandan, yo pa etidye distribisyon pò a ak mekanis anpèchman li anba sipèpozisyon osilasyon ak lazè ARM. Nan atik sa a, yo adopte yon nouvo teknoloji soudi lazè osilan ARM pou diminye porosit soudi a, jwenn yon pi gwo pwofondè penetrasyon ak yon pi bon kalite soudi. Yo fè yon etid konplè sou distribisyon enèji lazè, konpòtman dinamik pisin fonn lan, ak mikwoestrikti anba diferan frekans ak anplitid osilasyon.

3. Objektif ak Pwosedi Eksperimantal yo

Yo te itilize teknoloji soude lazè sikilè ki osilan pou soude alyaj aliminyòm. Materyèl baz la (BM) sete alyaj aliminyòm 5083-O ak dimansyon 300mm × 100mm × 5mm (longè × lajè × epesè), epi konpozisyon chimik li yo montre nan tablo a. Anvan soude, yo te poli echantiyon yo pou retire fim oksid sifas la, answit netwaye yo ak asetòn nan yon beny iltrason pandan 15 minit pou retire lwil sifas la.sistèm soude lazèLi konsiste sitou de yon robo Kuka, yon lazè disk TruDisk 8001, ak yon eskanè galvanomèt 3D PFO. Yo te itilize lazè disk TruDisk 8001 la kòm sous lazè mòd bag reglabl la, ak yon rapò fib nwayo/bag 100/400 μm ak yon puisans maksimòm de 8 kW (longèdonn 1030 nm, paramèt kalite gwo bout bwa 4.0 mm·rad). Gwo bout bwa lazè a konpoze de yon pati nwayo ak yon pati bag, kote lazè a nan pati nwayo santral la jenere yon twou kle (60% nan enèji lazè a), epi lazè a nan pati bag la asire yon bon distribisyon tanperati (40% nan enèji lazè a), jan yo montre nan Figi (b). Longè fokal kolimatè a ak lantiy konsantrasyon an se 138 mm ak 450 mm, respektivman. Pandan pwosesis soudaj la, yo te itilize yon kamera gwo vitès Phantom V1840 ak yon sous limyè gwo frekans Cavilux pou kontwole pwosesis soudaj la an tan reyèl, avèk yon vitès tire 5000 fps ak yon tan ekspozisyon 1 μs. Nan etid sa a, yo defini trajektwa osilasyon sikilè gwo bout bwa a, chemen mouvman lazè a, ak vitès enstantane a jan yo montre nan figi a.

4 Rezilta ak Diskisyon

4.1 Karakteristik Mòfoloji Soudi Mòfoloji sifas soudi yo anba diferan mòd osilasyon lazè yo montre nan figi a. Rezilta yo montre ke sifas soudi nan soude liy dwat konvansyonèl la ki graj (asperite 78.01 μm), ak yon kontinwite ondilasyon soudi ki pòv ak yon gaye soudi ki pa ase. Yo te obsève tou fòmasyon soudi ki pa ase, gwo pwojeksyon, ak koupe anba. Avèk ogmantasyon anplitid ak frekans osilasyon an, sifas soudi a prezante kal pwason dans ak inifòm. Asperite sifas soudi ki gen anplitid osilasyon 0.5 mm, 1 mm, ak 2 mm se 80.71 μm, 49.63 μm, ak 31.12 μm, respektivman. Pa gen okenn iregilarite oswa pwotizyon ki koze pa pwojeksyon. Rezilta yo endike ke yon frekans osilasyon ki pi wo mennen nan yon koule pisin fonn ki pi regilye, yon efè brase ki pi fò nan reyon lazè a, ak yon sifas soudi ki pi ideyal. Fondamantalman, fòm soudi lazè a gen yon relasyon kozatif ak mouvman reyon lazè a. Pandan soudaj la, chanjman nan anplitid ak frekans osilasyon an modifye vitès soudaj la, kidonk afekte dansite enèji lineyè a ak total chalè lazè a antre. Mòfoloji seksyonèl soudaj la gen fòm "goblet", ki gen de pati: pati ki pi ba a se "tij la", epi pati ki anwo a se "bòl la". Pwofondè penetrasyon an ak "tij la" defini kòm H1 ak H2 respektivman, epi lajè soudaj la ("bòl") ak "tij la" defini kòm W1 ak W2 respektivman. Tou de lajè soudaj W1 ak W2 yo ogmante ansanm ak ogmantasyon anplitid osilasyon an, epi mòfoloji soudaj la transfòme piti piti soti nan fòm "goblet" rive nan fòm "kwasan". Dansite enèji lazè maksimòm lan parèt nan sipèpozisyon trajektwa a. Lè nou konpare figi (b, d) ak (c, e), nou ka wè ke ogmantasyon frekans eskanè a ap ogmante zòn sipèpozisyon trajektwa a sou chemen eskanè a, sa ki fè distribisyon enèji lazè a pi inifòm. Sepandan, rediksyon dansite enèji maksimòm lan ap mennen nan yon diminisyon nan pwofondè soudaj la.

4.2 Konpòtman Pisin Fonn Pou klarifye enfliyans chemen eskanè a sou konpòtman pisin fonn lan, yo te itilize yon sistèm kamera gwo vitès pou obsève pwosesis evolisyon pisin fonn lan ak twou kle a. Figi (a) montre pwosesis evolisyon pisin fonn lan anba yon chemen dwat. Figi (bf) yo se dyagram evolisyon pisin fonn lan anba diferan paramèt osilasyon. Avèk ogmantasyon frekans ak anplitid osilasyon an, pati dèyè pisin fonn lan vin pi awondi akòz ekspansyon lajè pisin fonn lan. Ofiramezi longè pisin fonn lan ogmante, fliksyon sifas ki koze pa eripsyon twou kle a diminye pandan pwopagasyon bak. Kidonk, metal likid fonn lan solidifye san pwoblèm epi regilyèman nan fen dèyè pisin fonn lan, fòme kal pwason soude inifòm ak dans. Figi a montre chanjman nan zòn ouvèti twou kle a pandan soude lazè, ki sòti nan imaj fotografi gwo vitès pisin fonn lan. Jan yo montre nan Figi (a), pandan soude dwat, gwosè ouvèti twou kle a montre fliksyon evidan. Yo te obsève plizyè ka fèmti twou kle (0 mm²), ak yon zòn ouvèti twou kle mwayèn de 0.47 mm². Ogmantasyon anplitid osilasyon an kapab tou diminye fluctuations epi amelyore estabilite. Sa a se paske nan soude osilan, yon pi gwo pwopòsyon enèji distribye nan tou de bò yo. Kidonk, sòti ki sou twou kle a elaji, epi anplitid osilasyon an ogmante, kidonk ogmante zòn ouvèti a. Ogmantasyon anplitid la elaji ranje brase reyon lazè a, sa ki mennen nan elajisman reyon mouvman peryodik twou kle a. Akòz viskozite metal fonn lan ak presyon idrodinamik ki aji toupre miray twou kle a, mouvman kouran toubiyon rive nan pisin fonn soude a toupre ouvèti twou kle a. Elajisman zòn ouvèti twou kle a amelyore estabilite li, evite fòmasyon bul, e konsa siyifikativman anpeche porosit.

4.3 Mikwoestrikti Figi a montre mòfoloji EBSD seksyon kwa soudi a anba diferan frekans ak anplitid osilasyon. Toupre liy fizyon soudi lazè a, grenn dendrit kolonè yo grandi nan direksyon sant soudi a. Jan yo montre nan Figi (a), ant rejyon "bòl" ak "tij" yo, yo ka obsève diferans evidan nan distribisyon grenn kolonè yo. Grenn kolonè yo distribye nan yon fòm U sou miray "bòl" la, alòske nan rejyon "tij" la, grenn kolonè yo distribye nan yon fòm U sou liy fizyon an. Pandan solidifikasyon soudi a, grenn ki pasyèlman solidifye nan zòn fizyon an aji kòm sit nikleyasyon pou fwon solidifikasyon an epi yo grandi preferansyèlman pèpandikilè ak limit pisin fonn lan sou direksyon gradyan tanperati maksimòm lan. Fenomèn sa a rive paske dansite puisans lazè a ki wo mennen nan surchof andedan pisin soudi a. Gradyan tèmik G ki pi wo a ak to kwasans modere R fè G/R pi gran pase papòt pou transfòmasyon mikwoestrikti a, sa ki lakòz fòmasyon grenn kolonè. Gradyan tanperati G nan sant soudi a diminye, sa ki lakòz rapò G/R a desann piti piti anba papòt transfòmasyon mikwoestrikti a, sa ki fè grenn ekiaks yo chanje. Grenn ekiaks yo sitiye nan pati santral "bòl" la ak "tij" la. Piske "tij" soudi a etwat epi li pre materyèl baz la, li solidifye nèt anvan rejyon "bòl" la pandan refwadisman. Pati "tij" ki solidifye a aji kòm yon sit nikleyasyon nan fon "bòl" la, sa ki ankouraje kwasans grenn kolònè yo anlè. Figi a montre pwosesis soudi liy dwat ak osilan yo. Li montre ke chanjman kontinyèl pozisyon reyon lazè a nan soudi lazè osilan an ap ogmante longè pisin fonn entèmedyè a, sa ki fè metal ki deja solidifye a refonn, sa ki lakòz yon diminisyon nan to kwasans grenn r. Sa ka mennen nan yon diminisyon nan G/R nan zòn grenn ekiaks ki pi ba a.

4.4 Distribisyon Porosit Yo te itilize tomografi radyografi twa dimansyon pou fè yon enspeksyon konplè sou soudi a, pou jwenn distribisyon twa dimansyon porosit yo nan soudi a, jan yo montre nan figi a. Yo kalkile porosit la kòm volim total porosit yo divize pa volim total soudi a. Lè yo konpare mòfoloji porosit ak distribisyon soudi lazè osilan liy dwat yo ak soudi lazè osilan sikilè yo, yo jwenn ke soudi lazè osilan liy dwat yo gen plis porosit ki gen gwo volim, ak yon porosit 2.49%, ki siyifikativman pi wo pase sa ki nan soudi sikilè yo.soudi lazè osilanLè nou konpare Figi (b, c) ak (d, e), nou ka wè ke ogmante frekans osilasyon an ede anpeche fòmasyon porositë. Lè nou konpare Figi (b, d) ak (c, e), nou ka wè ke ogmantasyon anplitid osilasyon an jwe yon wòl enpòtan tou nan anpeche fòmasyon porositë. Lè anplitid osilasyon an ogmante plis toujou a 2 mm (Figi (f)), porositë a diminye plis toujou a 0.22%, sa ki kite sèlman ti volim ak ti porositë. Figi a montre distribisyon zòn porositë a nan diferan distans ak liy sant soudi a, ki reprezante porositë a ki baze sou gwosè zòn porositë a. Pou soude liy dwat, zòn porositë a distribye simetrikman sou liy sant soudi a, epi li diminye piti piti ak ogmantasyon distans ak liy sant soudi a. Rezilta yo montre ke porositë ki pwovoke pa twou kle yo sitou konsantre dèyè pisin fonn lan nan liy sant soudi a. Pou soude lazè osilan, simetri distribisyon porositë a vin pi fèb. Figi a montre zòn pò a nan diferan distans ak sifas soudi a, kote liy wouj la reprezante limit ant rejyon "bòl" ak "tij" yo. Nan ka gwo pò dominan yo (Figi (ac)), zòn pò ki anlè limit la reprezante plis pase 85%. Sa a se paske tranzisyon kontou nan limit long itudinal la gen plis chans pou bloke bul nan pisin soudi a, epi bul bloke yo gen tandans migre anlè anba enfliyans flotabilite. Nan ka ti pò dominan yo (Figi (df)), pò yo konsantre nan zòn ki nan 0.5 mm anba liy limit la. Tan refwadisman kout la ak ti deplasman anlè a ka rezon fenomèn sa a.

5 Konklizyon

(1) Diferan mòd osilasyon lazè gen efè evidan sou sifas soudi a. Yon anplitid ak yon frekans ki pi wo ka amelyore kalite sifas la, alòske paramèt osilasyon ki twò gwo ka ogmante aspè brital la epi lakòz domaj konkav.

(2) Fòm soudi a detèmine sitou pa paramèt osilasyon lazè yo, ki afekte vitès soudi a, distribisyon enèji a, ak total chalè ki antre a. Avèk ogmantasyon anplitid osilasyon an, mòfoloji soudi a chanje soti nan "goblet" rive nan "kwasan", epi rapò aspè a diminye.

(3) Avèk ogmantasyon anplitid ak frekans osilasyon an, pisin fonn lan vin pi laj epi pati dèyè a vin awondi. Efè osilasyon an ogmante longè pisin fonn lan, sa ki benefisye pou ti boul yo soti epi solidifye inifòmman. Pandan soude liy dwat, zòn ouvèti twou kle a varye; relativman pale, varyasyon sa a ka redwi, sa ki amelyore estabilite soude a.

(4) Ogmante anplitid ak frekans osilasyon an diminye tou de gradyan tèmik ak to kwasans lan, sa ki benefisye pou fòmasyon gwo gwosè grenn. Sepandan, efè brase lazè a fezab pou rafine gwosè grenn yo ak amelyore fòs teksti a. Anba diferan paramèt lazè, dite soudi a rete relativman estab, yon ti kras pi ba pase sa ki nan materyèl baz la, sa ki ka akòz pèt evaporasyon mayezyòm nan.

(5) Tomografi radyografi twa dimansyon montre ke soude liy dwat la gen yon porosit ki pi wo (2.49%) ak yon volim pò ki pi gwo pase soude osilan. Ogmante paramèt osilasyon yo ka diminye porosit la anpil, menm rive nan 0.22% lè anplitid la se 2 mm. Distribisyon zòn pò a chanje avèk osilasyon: gwo pò yo rasanble dèyè pisin fonn lan, epi ti pò yo gen pi bon simetri. Gwo pò yo sitou distribye anlè limit ki genyen ant rejyon "bòl" ak "tij" yo, alòske ti pò yo konsantre anba limit la.