Lazerli payvandlash – Tebranish parametrlarining sozlanishi halqa rejimiga (ARM) ta'siri. Alyuminiy qotishmalarini lazerli payvandlash.

Lazerli payvandlash – Tebranish parametrlarining sozlanishi halqa rejimiga (ARM) ta'siri. Alyuminiy qotishmalarini lazerli payvandlash.

1. Xulosa

Ushbu tadqiqot tebranish amplitudasi va chastotasining sirt sifatiga, makro va mikrotuzilmalarga, shuningdek, sozlanishi halqa rejimining (ARM) g'ovakliligiga ta'sirini o'rganadi.lazer tebranadigan payvandlanganA5083 alyuminiy qotishma plitalari. Natijalar shuni ko'rsatadiki, tebranish amplitudasi va chastotasining oshishi bilan payvandlash yuzasi sifati yaxshilanadi. Amplituda oshishi bilan payvandlash kesimi "qadah" shaklidan "yarim oy" shakliga o'zgaradi. Mikrostrukturaviy tahlil shuni ko'rsatadiki, aralashtirish effekti va sovutish tezligining pasayishi o'rtasidagi raqobat tufayli tebranish amplitudasi va chastotasining oshishi bilan payvandlash donasining kattaligi kamaymaydi. Payvandlash g'ovakliligi tebranish parametrlarining oshishi bilan kamayadi va amplituda 2 mm bo'lganda 0,22% ga yetadi. Uch o'lchovli rentgen tomografiyasi tebranishning g'ovaklarning tarqalishiga ta'sirini yana bir bor tasdiqlaydi: katta g'ovaklar erigan hovuz orqasida to'planishga moyil bo'ladi, kichik g'ovaklar esa yaxshiroq simmetriyani ko'rsatadi. Ushbu tadqiqot A5083 alyuminiy qotishma qo'llanmalarida yuqori sifatli lazerli payvandlashga erishish uchun tebranish parametrlarini optimallashtirish bo'yicha qimmatli ma'lumotlarni taqdim etadi.

2 Sanoat haqida ma'lumot

Alyuminiy qotishmalari yengil vazn, yuqori o'ziga xos mustahkamlik va yaxshi korroziyaga chidamlilik kabi afzalliklarga ega va avtomobilsozlik, yuqori tezlikdagi temir yo'l, aerokosmik va boshqa sohalarda keng qo'llaniladi. Lazerli payvandlash yuqori samaradorlik, kichik issiqlik ta'sir zonasi va kichik payvandlash deformatsiyasi kabi afzalliklarga ega. Shuning uchun,lazerli payvandlash qalin plitalar uchun mos keladigan iqtisodiy payvandlash usuli hisoblanadi, bu payvandlash o'tishlari sonini sezilarli darajada kamaytirishi mumkin. G'ovaklik alyuminiy qotishmalarini lazer bilan payvandlashda sezilarli nuqson bo'lib, payvandlangan bo'g'inlarning mexanik xususiyatlariga jiddiy ta'sir qiladi. Shuning uchun g'ovaklik hosil bo'lishini kamaytirish va yo'q qilish bo'yicha keng ko'lamli tadqiqotlar o'tkazildi, jumladan, himoya gazini optimallashtirish, ikki nurli texnologiyani qo'llash, modulyatsiyalangan lazer quvvat tizimlaridan foydalanish va tebranuvchi nur usullarini qo'llash. Lazerli tebranuvchi payvandlash texnologiyasi lazerli payvandlashning afzalliklarini o'z xususiyatlari bilan birlashtirish qobiliyati bilan ajralib turadi. Lazerli tebranuvchi payvandlashdan foydalanish nafaqat g'ovaklikni kamaytirishi, balki payvandning mikro tuzilishini yaxshilashi va payvandlash sifatini oshirishi mumkin. Ko'pgina tadqiqotlar asosan lazerli tebranuvchi payvandlashning turli jihatlariga, jumladan, g'ovaklikni kamaytirish, energiya taqsimotini optimallashtirish, don tuzilishini takomillashtirish va erigan hovuzdagi eritma oqimini tavsiflashga qaratilgan. Lazer energiyasining taqsimoti lazerli payvandlashning harorat taqsimoti va penetratsiya chuqurligida muhim rol o'ynaydi. Muayyan tebranish amplitudasida, skanerlash chastotasining oshishi bilan payvandlash jarayoni chuqur penetratsion payvandlashdan beqaror payvandlashga va nihoyat issiqlik o'tkazuvchanlik payvandiga o'tadi. Natijalar shuni ko'rsatadiki, skanerlash amplitudasi va chastotasini oshirish g'ovaklikni kamaytirishi mumkin, ammo payvandlashning penetratsiya chuqurligini sezilarli darajada kamaytiradi va shu bilan payvandlashning mexanik xususiyatlarini pasaytiradi. So'nggi yillarda sozlanishi halqa rejimidagi (ARM) lazer ishlab chiqildi, u lazer energiyasini yuqori energiya zichligiga ega yadroga va past energiya zichligiga ega halqaga ajratadi, bu esa kalit teshigini barqarorlashtirish va payvandlash sifatini yaxshilashga qaratilgan. Tadqiqotchilar turli yadro/halqa quvvat nisbatlari va tebranish kengliklari ostida 6xxx yuqori kuchli alyuminiy qotishmalarini payvandlash uchun ARM lazerli tebranuvchi payvandlashdan foydalanishdi. Tajriba natijalari shuni ko'rsatadiki, payvandlash geometriyasiga ta'sir qiluvchi asosiy omil yadro-halqa quvvat nisbati emas, balki tebranish kengligidir. Biroq, tebranish va ARM lazerining superpozitsiyasi ostidagi g'ovak taqsimoti va uning inhibisyon mexanizmi o'rganilmagan. Ushbu maqolada payvandlashning g'ovakligini kamaytirish, yuqori penetratsiya chuqurligi va yaxshiroq payvandlash sifatini olish uchun yangi ARM lazerli tebranuvchi payvandlash texnologiyasi qo'llaniladi. Turli tebranish chastotalari va amplitudalari ostida lazer energiyasi taqsimoti, erigan hovuz dinamik xatti-harakati va mikrotuzilma bo'yicha keng qamrovli tadqiqot olib borildi.

3. Eksperimental maqsadlar va protseduralar

Alyuminiy qotishmalarini payvandlash uchun aylana lazerli tebranuvchi payvandlash texnologiyasi qo'llanildi. Asosiy material (BM) 300 mm × 100 mm × 5 mm (uzunlik × kenglik × qalinlik) o'lchamdagi 5083-O alyuminiy qotishmasidan iborat bo'lib, uning kimyoviy tarkibi jadvalda ko'rsatilgan. Payvandlashdan oldin, namunalar sirt oksidi plyonkasini olib tashlash uchun sayqallandi, so'ngra sirt yog'ini olib tashlash uchun ultratovushli vannada 15 daqiqa davomida aseton bilan tozalandi.lazerli payvandlash tizimiasosan Kuka roboti, TruDisk 8001 disk lazeri va 3D PFO galvanometr skaneridan iborat. TruDisk 8001 disk lazeri sozlanishi halqa rejimidagi lazer manbai sifatida ishlatilgan, yadro/halqa tolasi nisbati 100/400 mkm va maksimal chiqish quvvati 8 kVt (to'lqin uzunligi 1030 nm, nur sifat parametri 4,0 mm·rad). Lazer nuri yadro qismi va halqa qismidan iborat bo'lib, bu yerda markaziy yadro qismidagi lazer kalit teshigini (lazer energiyasining 60%) hosil qiladi va halqa qismidagi lazer (b-rasmda ko'rsatilganidek) yaxshi harorat taqsimotini (lazer energiyasining 40%) ta'minlaydi. Kollimator va fokuslovchi linzalarning fokus masofalari mos ravishda 138 mm va 450 mm. Payvandlash jarayonida payvandlash jarayonini real vaqt rejimida kuzatib borish uchun Phantom V1840 yuqori tezlikdagi kamerasi va Cavilux yuqori chastotali yorug'lik manbai ishlatilgan, tortishish tezligi 5000 fps va ekspozitsiya vaqti 1 μs bo'lgan. Ushbu tadqiqotda aylana nurining tebranish traektoriyasi, lazer harakati yo'li va oniy tezlik rasmda ko'rsatilgandek aniqlangan.

4 Natijalar va muhokama

4.1 Payvandlash morfologiyasining xususiyatlari Turli lazer tebranish rejimlari ostida payvandlash yuzasi morfologiyalari rasmda ko'rsatilgan. Natijalar shuni ko'rsatadiki, an'anaviy to'g'ri chiziqli payvandlashning payvandlash yuzasi qo'pol (qo'polligi 78,01 mkm), payvandlash to'lqinlarining uzluksizligi yomon va payvandlashning tarqalishi yetarli emas. Payvandlashning yetarlicha shakllanmaganligi, kuchli sachrash va pastki kesish ham kuzatildi. Tebranish amplitudasi va chastotasining oshishi bilan payvandlash yuzasi zich va bir xil baliq tangachalarini hosil qiladi. Tebranish amplitudalari 0,5 mm, 1 mm va 2 mm bo'lgan payvandlashlarning sirt qo'polligi mos ravishda 80,71 mkm, 49,63 mkm va 31,12 mkm ni tashkil qiladi. Sachrash natijasida hech qanday nosimmetrikliklar yoki chiqib ketishlar yo'q. Natijalar shuni ko'rsatadiki, yuqori tebranish chastotasi erigan hovuz oqimining muntazamroq bo'lishiga, lazer nurining kuchliroq aralashtirish effektiga va idealroq payvandlash yuzasiga olib keladi. Asosan, lazer payvandining shakli lazer nurining harakati bilan sababiy bog'liqdir. Payvandlash jarayonida tebranish amplitudasi va chastotasining o'zgarishi payvandlash tezligini o'zgartiradi va shu bilan lazerning chiziqli energiya zichligi va umumiy issiqlik kiritishiga ta'sir qiladi. Payvand chokining ko'ndalang kesim morfologiyasi "qadah" shaklida bo'lib, ikki qismdan iborat: pastki qismi "poya" va yuqori qismi "piyola". Kirish chuqurligi va "poya" mos ravishda H1 va H2 deb belgilangan, payvand chokining ("piyola") va "poya" kengliklari esa mos ravishda W1 va W2 deb belgilangan. Ikkala payvand choki kengligi ham W1 va W2 tebranish amplitudasining oshishi bilan sinxron ravishda oshadi va payvand choki morfologiyasi asta-sekin "qadah" shaklidan "yarim oy" shakliga o'zgaradi. Maksimal lazer energiyasi zichligi traektoriya ustma-ust tushishida paydo bo'ladi. (b, d) va (c, e) rasmlarni taqqoslasak, skanerlash chastotasining oshishi skanerlash yo'li bo'ylab traektoriya ustma-ust tushish maydonini oshirishi va lazer energiyasi taqsimotini yanada bir xil qilishi ko'rinadi. Biroq, maksimal energiya zichligining pasayishi payvandlash chuqurligining pasayishiga olib keladi.

4.2 Erigan hovuzning harakati Skanerlash yo'lining erigan hovuzning harakatiga ta'sirini aniqlash uchun erigan hovuz va kalit teshigining evolyutsiyasi jarayonini kuzatish uchun yuqori tezlikdagi kamera tizimidan foydalanildi. (a)-rasmda erigan hovuzning to'g'ri chiziqli yo'l ostida evolyutsiyasi jarayoni ko'rsatilgan. (bf)-rasmlar turli tebranish parametrlari ostida erigan hovuzning evolyutsiyasi diagrammalari. Tebranish chastotasi va amplitudasining oshishi bilan erigan hovuzning orqa qismi erigan hovuz kengligining kengayishi tufayli yanada yumaloqlashadi. Erigan hovuzning uzunligi oshgani sayin, kalit teshigining otilishi natijasida yuzaga keladigan sirt tebranishi teskari tarqalish paytida kamayadi. Shuning uchun, erigan suyuq metall erigan hovuzning orqa uchida silliq va muntazam ravishda qattiqlashadi, bir xil va zich payvandlangan baliq pullarini hosil qiladi. Rasmda lazerli payvandlash paytida kalit teshigining ochilish maydonining o'zgarishi ko'rsatilgan, bu erigan hovuzning yuqori tezlikdagi fotosuratga olish tasvirlaridan olingan. (a)-rasmda ko'rsatilganidek, to'g'ri chiziqli payvandlash paytida kalit teshigining ochilish o'lchami aniq tebranishlarni ko'rsatadi. Kalit teshigining yopilishining bir nechta holatlari (0 mm²) kuzatildi, o'rtacha kalit teshigining ochilish maydoni 0,47 mm² ni tashkil etdi. Tebranish amplitudasining oshishi tebranishlarni kamaytirishi va barqarorlikni yaxshilashi mumkin. Buning sababi shundaki, tebranuvchi payvandlashda energiyaning katta qismi ikkala tomonga ham taqsimlanadi. Shuning uchun kalit teshigidagi chiqish kengayadi va tebranish amplitudasi oshadi, shu bilan ochilish maydonini oshiradi. Amplitudaning oshishi lazer nurining aralashtirish diapazonini kengaytiradi, bu esa kalit teshigining davriy harakati radiusining kengayishiga olib keladi. Eritilgan metallning yopishqoqligi va kalit teshigi devori yaqinida ta'sir qiluvchi gidrodinamik bosim tufayli, kalit teshigi ochilishi yaqinidagi payvandlash eritilgan hovuzida quyma oqim harakati sodir bo'ladi. Kalit teshigi ochilish maydonining kengayishi uning barqarorligini oshiradi, pufakchalar paydo bo'lishining oldini oladi va shu bilan g'ovaklikni sezilarli darajada inhibe qiladi.

4.3 Mikrotuzilma Rasmda turli tebranish chastotalari va amplitudalari ostida payvandlash kesimining EBSD morfologiyasi ko'rsatilgan. Lazerli payvandlashning birikish chizig'i yaqinida ustunsimon dendrit donalari payvandlash markaziga qarab o'sadi. (a-rasmda) ko'rsatilganidek, "piyola" va "poya" mintaqalari o'rtasida ustunsimon donalarning taqsimlanishida aniq farqlar kuzatilishi mumkin. Ustunsimon donachalar "piyola" devori bo'ylab U shaklida, "poya" mintaqasida esa ustunsimon donachalar birikish chizig'i bo'ylab U shaklida taqsimlanadi. Payvandlashning qattiqlashishi paytida, birikish zonasidagi qisman qattiqlashgan donachalar qattiqlashish jabhasi uchun yadrolanish joylari bo'lib xizmat qiladi va afzalroq maksimal harorat gradiyenti yo'nalishi bo'ylab erigan hovuz chegarasiga perpendikulyar ravishda o'sadi. Bu hodisa lazerning yuqori quvvat zichligi payvandlash hovuzi ichida qizib ketishiga olib kelishi sababli yuzaga keladi. Yuqori issiqlik gradiyenti G va o'rtacha o'sish tezligi R G/R ni mikrotuzilma transformatsiyasi chegarasidan kattaroq qiladi, natijada ustunsimon donachalar hosil bo'ladi. Payvandlash markazidagi harorat gradiyenti G pasayadi, bu esa G/R nisbatining mikrotuzilma transformatsiyasi chegarasidan asta-sekin pastga tushishiga va teng o'qli donalarga o'tishiga olib keladi. Teng o'qli donachalar "piyola" va "poya" ning markaziy qismlarida joylashgan. Payvandlashning "poyasi" tor va asosiy materialga yaqin bo'lgani uchun, sovutish paytida "piyola" mintaqasidan oldin to'liq qotadi. Qattiqlashgan "poya" qismi "piyola" ning pastki qismida yadrolanish joyi vazifasini bajaradi va ustunsimon donachalarning yuqoriga o'sishini rag'batlantiradi. Rasmda to'g'ri chiziqli va tebranuvchi payvandlash jarayonlari ko'rsatilgan. Lazerli tebranuvchi payvandlashda lazer nuri holatining doimiy o'zgarishi oraliq eritilgan hovuz uzunligini oshirishi, allaqachon qotib qolgan metallni qayta eritishi va natijada donacha o'sish tezligining r pasayishiga olib kelishi ko'rsatilgan. Bu pastki teng o'qli donacha zonasida G/R ning pasayishiga olib kelishi mumkin.

4.4 G'ovaklik taqsimoti Payvand chokini keng qamrovli tekshirish uchun uch o'lchovli rentgen tomografiyasi qo'llanildi, bu rasmda ko'rsatilgandek, payvanddagi g'ovaklarning uch o'lchovli taqsimotini oldi. G'ovaklik g'ovaklarning umumiy hajmini payvandning umumiy hajmiga bo'lish sifatida hisoblanadi. To'g'ri chiziqli lazer tebranuvchi payvandlar va dumaloq lazer tebranuvchi payvandlarning g'ovak morfologiyasi va taqsimotini taqqoslash orqali to'g'ri chiziqli lazer tebranuvchi payvandlar ko'proq katta hajmli g'ovaklarni o'z ichiga olishi, g'ovakligi 2,49% ni tashkil etishi aniqlandi, bu dumaloq payvandlarga qaraganda ancha yuqori.lazerli tebranuvchi payvandlash(b, c) va (d, e) rasmlarni taqqoslash orqali tebranish chastotasini oshirish g'ovaklarning hosil bo'lishini inhibe qilishga yordam berishini ko'rish mumkin. (b, d) va (c, e) rasmlarni taqqoslash orqali tebranish amplitudasining oshishi g'ovaklarning hosil bo'lishini inhibe qilishda ham muhim rol o'ynashini ko'rish mumkin. Tebranish amplitudasi 2 mm gacha oshirilganda ((f)-rasm), g'ovaklik 0,22% gacha kamayadi va faqat kichik hajmli va kichik g'ovaklar qoladi. Rasmda payvandlash markaziy chizig'idan turli masofalarda g'ovak maydonining taqsimlanishi ko'rsatilgan bo'lib, g'ovaklik g'ovak maydonining o'lchamiga asoslangan holda ifodalanadi. To'g'ri chiziqli payvandlash uchun g'ovak maydoni payvandlash markaziy chizig'i bo'ylab nosimmetrik tarzda taqsimlanadi va payvandlash markaziy chizig'idan masofa oshishi bilan asta-sekin kamayadi. Natijalar shuni ko'rsatadiki, kalit teshigi keltirib chiqargan g'ovaklar asosan payvandlash markaziy chizig'idagi eritilgan hovuzning 后壁 orqasida to'plangan. Lazerli tebranuvchi payvandlash uchun g'ovaklarning taqsimlanishi simmetriyasi zaiflashadi. Rasmda payvandlash yuzasidan turli masofalardagi g'ovak maydoni ko'rsatilgan, bu yerda qizil chiziq "piyola" va "poya" mintaqalari orasidagi chegarani ifodalaydi. Dominant katta g'ovaklar holatida (rasmlar (ac)), chegara ustidagi g'ovak maydoni 85% dan ortiqni tashkil qiladi. Buning sababi, uzun itudinal chegaradagi kontur o'tishi payvandlash hovuzida pufakchalarni ushlab qolish ehtimoli ko'proq va ushlab qolingan pufakchalar suzish ta'sirida yuqoriga siljishga moyildir. Dominant kichik g'ovaklar holatida (rasmlar (df)), g'ovaklar chegara chizig'idan 0,5 mm pastroqdagi sohada to'plangan. Qisqa sovutish vaqti va kichik yuqoriga siljish bu hodisaning sabablari bo'lishi mumkin.

5 ta xulosa

(1) Turli lazer tebranish rejimlari payvandlash yuzasiga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Yuqori amplituda va chastota sirt sifatini yaxshilashi mumkin, haddan tashqari katta tebranish parametrlari esa pürüzlülüğü oshirishi va botiq nuqsonlarga olib kelishi mumkin.

(2) Payvandlash shakli asosan lazer tebranish parametrlari bilan belgilanadi, ular payvandlash tezligiga, energiya taqsimotiga va umumiy issiqlik kiritishiga ta'sir qiladi. Tebranish amplitudasining oshishi bilan payvandlash morfologiyasi "qadah" dan "yarim oy" ga o'zgaradi va tomonlar nisbati pasayadi.

(3) Tebranish amplitudasi va chastotasining oshishi bilan erigan hovuz kengayadi va orqa qismi yumaloqlanadi. Tebranish effekti erigan hovuz uzunligini oshiradi, bu esa pufakchalarning chiqib ketishi va bir tekis qattiqlashishi uchun foydalidir. To'g'ri chiziqli payvandlash paytida kalit teshigining ochilish maydoni o'zgaradi; nisbatan aytganda, bu tebranish kamayishi mumkin, bu esa payvandlash barqarorligini yaxshilaydi.

(4) Tebranish amplitudasi va chastotasining ortishi ham termal gradientni, ham o'sish tezligini pasaytiradi, bu esa katta don o'lchamlarining shakllanishiga foydalidir. Biroq, lazer aralashtirish effekti don o'lchamini tozalash va tekstura mustahkamligini yaxshilashga yordam beradi. Turli lazer parametrlari ostida payvandlash qattiqligi nisbatan barqaror bo'lib, asosiy materialnikidan biroz pastroq bo'lib qoladi, bu magniyning bug'lanish yo'qotilishi bilan bog'liq bo'lishi mumkin.

(5) Uch o'lchovli rentgen tomografiyasi shuni ko'rsatadiki, to'g'ri chiziqli payvandlash tebranuvchi payvandlashga qaraganda yuqori g'ovaklikka (2,49%) va katta g'ovak hajmiga ega. Tebranish parametrlarining ortishi g'ovaklikni sezilarli darajada kamaytirishi mumkin, hatto amplituda 2 mm bo'lganda ham 0,22% ga etadi. G'ovak maydonining taqsimoti tebranish bilan o'zgaradi: katta g'ovaklar erigan hovuz orqasida to'planadi va kichik g'ovaklar yaxshiroq simmetriyaga ega. Katta g'ovaklar asosan "piyola" va "poya" mintaqalari orasidagi chegaradan yuqorida joylashgan, kichik g'ovaklar esa chegaradan pastda joylashgan.