Laser Welding – Ang Impluwensya sa mga Parameter sa Oscillation sa Adjustable Ring Mode (ARM) Laser Welding sa mga Aluminum Alloy
1. Abstrak
Kini nga pagtuon nagsusi sa mga epekto sa oscillation amplitude ug frequency sa surface quality, macro ug microstructures, ug porosity sa adjustable ring mode (ARM).laser oscillating weldedMga plato nga hinimo sa aluminum alloy nga A5083. Ang mga resulta nagpakita nga sa pagsaka sa amplitude ug frequency sa oscillation, ang kalidad sa weld surface molambo. Samtang mosaka ang amplitude, ang weld cross-section mausab gikan sa porma nga "goblet" ngadto sa porma nga "crescent". Ang microstructural analysis nagpakita nga ang gidak-on sa lugas sa weld dili mokunhod uban sa pagsaka sa amplitude ug frequency sa oscillation tungod sa kompetisyon tali sa stirring effect ug sa pagkunhod sa cooling rate. Ang weld porosity mokunhod uban sa pagsaka sa mga parameter sa oscillation, nga moabot sa katapusang porosity nga 0.22% kung ang amplitude kay 2 mm. Ang three-dimensional X-ray tomography dugang nga nagpamatuod sa impluwensya sa oscillation sa pore distribution: ang dagkong mga pores lagmit nga magtapok sa luyo sa tinunaw nga pool, samtang ang gagmay nga mga pores nagpakita og mas maayong symmetry. Kini nga panukiduki naghatag og bililhong mga panabut alang sa pag-optimize sa mga parameter sa oscillation aron makab-ot ang taas nga kalidad nga laser welding sa mga aplikasyon sa A5083 aluminum alloy.
2 Kaagi sa Industriya
Ang mga aluminum alloy adunay mga bentaha sa gaan, taas nga espesipikong kusog, ug maayong resistensya sa kaagnasan, ug kaylap nga gigamit sa mga industriya sa awto, high-speed rail, aerospace ug uban pang mga industriya. Ang laser welding adunay mga bentaha sa taas nga kahusayan, gamay nga sona nga apektado sa kainit, ug gamay nga deformasyon sa welding. Busa,Ang laser welding usa ka barato nga pamaagi sa pag-welding nga angay alang sa baga nga mga plato, nga makapakunhod pag-ayo sa gidaghanon sa mga weld agi. Ang porosity usa ka dakong depekto sa laser welding sa mga aluminum alloy, nga seryosong makaapekto sa mekanikal nga mga kabtangan sa mga welded joint. Busa, daghang mga pagtuon ang gihimo aron makunhuran ug mawagtang ang pagporma sa porosity, lakip ang pag-optimize sa shielding gas, pag-apply sa dual-beam technology, paggamit sa modulated laser power systems, ug pagsagop sa oscillating beam methods. Ang laser oscillating welding technology talagsaon tungod sa abilidad niini sa paghiusa sa mga bentaha sa laser welding uban sa kaugalingon nga mga kinaiya. Ang paggamit sa laser oscillating welding dili lamang makapakunhod sa porosity apan makapauswag usab sa microstructure sa weld ug makapauswag sa kalidad sa weld. Daghang mga pagtuon ang nag-focus sa lainlaing mga aspeto sa laser oscillating welding, lakip ang pagkunhod sa porosity, pag-optimize sa pag-apod-apod sa enerhiya, pagpino sa istruktura sa lugas, ug pag-ila sa melt flow sa molten pool. Ang pag-apod-apod sa enerhiya sa laser adunay hinungdanon nga papel sa pag-apod-apod sa temperatura ug giladmon sa pagsulod sa laser welding. Sa usa ka piho nga oscillation amplitude, uban ang pagtaas sa scanning frequency, ang proseso sa welding mobalhin gikan sa deep penetration welding ngadto sa unstable welding, ug sa katapusan ngadto sa heat conduction welding. Ang mga resulta nagpakita nga ang pagdugang sa scanning amplitude ug frequency makapakunhod sa porosity, apan makapakunhod usab sa penetration depth sa weld, sa ingon makapakunhod sa mechanical properties sa weld. Sa bag-ohay nga mga tuig, usa ka adjustable ring mode (ARM) laser ang naugmad, nga nagbahin sa laser energy ngadto sa usa ka core nga adunay taas nga energy density ug usa ka ring nga adunay ubos nga energy density, nga nagtumong sa pagpalig-on sa keyhole ug pagpauswag sa kalidad sa welding. Gigamit sa mga tigdukiduki ang ARM laser oscillating welding aron i-weld ang 6xxx high-strength aluminum alloys ubos sa lain-laing core/ring power ratios ug oscillation widths. Ang mga resulta sa eksperimento nagpakita nga ang pangunang hinungdan nga makaapekto sa weld geometry mao ang oscillation width, imbes nga ang core-ring power ratio. Bisan pa, ang pore distribution ug ang inhibition mechanism niini ubos sa superposition sa oscillation ug ARM laser wala pa gitun-an. Niini nga papel, usa ka bag-ong ARM laser oscillating welding technology ang gisagop aron makunhuran ang porosity sa weld, makakuha og mas taas nga penetration depth ug mas maayo nga kalidad sa weld. Usa ka komprehensibo nga pagtuon sa laser energy distribution, molten pool dynamic behavior, ug microstructure ubos sa lain-laing oscillation frequencys ug amplitudes ang gihimo.
3. Mga Tumong ug Pamaagi sa Eksperimento
Gigamit ang circular laser oscillating welding technology sa pagwelding sa mga aluminum alloy. Ang base material (BM) kay 5083-O aluminum alloy nga may sukod nga 300mm × 100mm × 5mm (gitas-on × gilapdon × gibag-on), ug ang kemikal nga komposisyon niini gipakita sa talaan. Sa dili pa magwelding, ang mga sample gipasinaw aron makuha ang surface oxide film, dayon gilimpyohan gamit ang acetone sa ultrasonic bath sulod sa 15 minutos aron makuha ang surface oil. Angsistema sa pagwelding sa laserKini gilangkoban sa usa ka Kuka robot, usa ka TruDisk 8001 disk laser, ug usa ka 3D PFO galvanometer scanner. Ang TruDisk 8001 disk laser gigamit isip adjustable ring mode laser source, nga adunay core/ring fiber ratio nga 100/400 μm ug maximum output power nga 8 kW (wavelength nga 1030 nm, beam quality parameter nga 4.0 mm·rad). Ang laser beam gilangkoban sa usa ka core part ug usa ka ring part, diin ang laser sa central core part makamugna og keyhole (60% sa laser energy), ug ang laser sa ring part nagsiguro sa maayong temperature distribution (40% sa laser energy), sama sa gipakita sa Figure (b). Ang focal lengths sa collimator ug focusing lens kay 138 mm ug 450 mm, matag usa. Atol sa proseso sa pag-welding, usa ka Phantom V1840 high-speed camera ug usa ka Cavilux high-frequency light source ang gigamit aron mabantayan ang proseso sa pag-welding sa tinuod nga oras, nga adunay shooting speed nga 5000 fps ug exposure time nga 1 μs. Niini nga pagtuon, ang circular beam oscillation trajectory, laser movement path, ug instantaneous velocity gihubit sama sa gipakita sa hulagway.
4 Mga Resulta ug Panaghisgot
4.1 Mga Kinaiya sa Morpolohiya sa Weld Ang mga morpolohiya sa nawong sa weld ubos sa lain-laing mga mode sa oscillation sa laser gipakita sa hulagway. Ang mga resulta nagpakita nga ang nawong sa weld sa naandan nga straight-line welding kay bagis (kabangis nga 78.01 μm), nga adunay dili maayo nga pagpadayon sa mga ripples sa weld ug dili igo nga pagkaylap sa weld. Dili igo nga pagporma sa weld, grabe nga spatter, ug undercut ang naobserbahan usab. Uban sa pagtaas sa amplitude ug frequency sa oscillation, ang nawong sa weld nagpakita og dasok ug parehas nga mga himbis sa isda. Ang kabangis sa nawong sa mga weld nga adunay mga amplitude sa oscillation nga 0.5 mm, 1 mm, ug 2 mm kay 80.71 μm, 49.63 μm, ug 31.12 μm, matag usa. Walay mga iregularidad o protrusion nga gipahinabo sa spatter. Ang mga resulta nagpakita nga ang mas taas nga frequency sa oscillation mosangpot sa mas regular nga pag-agos sa molten pool, mas kusog nga epekto sa pagkutaw sa laser beam, ug mas sulundon nga nawong sa weld. Sa sukaranan, ang porma sa laser weld adunay kalabutan sa paglihok sa laser beam. Atol sa pag-welding, ang mga pagbag-o sa oscillation amplitude ug frequency makausab sa gikusgon sa pag-welding, sa ingon makaapekto sa linear energy density ug total heat input sa laser. Ang cross-sectional morphology sa weld kay porma og "goblet", nga gilangkoban sa duha ka bahin: ang ubos nga bahin mao ang "stem", ug ang ibabaw nga bahin mao ang "bowl". Ang penetration depth ug ang "stem" gihubit nga H1 ug H2, matag usa, ug ang gilapdon sa weld ("bowl") ug ang "stem" gihubit nga W1 ug W2, matag usa. Ang gilapdon sa weld nga W1 ug W2 motaas dungan sa pagtaas sa oscillation amplitude, ug ang weld morphology anam-anam nga mausab gikan sa porma sa "goblet" ngadto sa porma sa "crescent". Ang maximum laser energy density makita sa trajectory overlap. Kon itandi ang mga Figure (b, d) ug (c, e), makita nga ang pagtaas sa scanning frequency modugang sa trajectory overlap area ubay sa scanning path, nga maghimo sa laser energy distribution nga mas uniporme. Bisan pa, ang pagkunhod sa maximum energy density mosangpot sa pagkunhod sa weld depth.
4.2 Kinaiya sa Natunaw nga Pool Aron maklaro ang impluwensya sa scanning path sa kinaiya sa natunaw nga pool, usa ka high-speed camera system ang gigamit aron maobserbahan ang proseso sa ebolusyon sa natunaw nga pool ug keyhole. Ang Figure (a) nagpakita sa proseso sa ebolusyon sa natunaw nga pool ubos sa usa ka tul-id nga linya nga agianan. Ang mga Figure (bf) mao ang mga evolution diagram sa natunaw nga pool ubos sa lain-laing mga parameter sa oscillation. Uban sa pagtaas sa oscillation frequency ug amplitude, ang likod nga bahin sa natunaw nga pool mahimong mas lingin tungod sa pagpalapad sa gilapdon sa natunaw nga pool. Samtang nagkataas ang gitas-on sa natunaw nga pool, ang pag-usab-usab sa nawong nga gipahinabo sa pagbuto sa keyhole mikunhod atol sa backward propagation. Busa, ang natunaw nga likido nga metal mogahi nga hapsay ug regular sa likod nga tumoy sa natunaw nga pool, nga nagporma og parehas ug dasok nga mga himbis sa weld fish. Ang figure nagpakita sa pagbag-o sa lugar sa pag-abli sa keyhole atol sa laser welding, nga gikuha gikan sa mga high-speed photography nga mga imahe sa natunaw nga pool. Sama sa gipakita sa Figure (a), atol sa tul-id nga linya nga welding, ang gidak-on sa pag-abli sa keyhole nagpakita sa klaro nga mga pag-usab-usab. Daghang mga higayon sa pagsira sa keyhole (0 mm²) ang naobserbahan, nga adunay aberids nga lugar sa pag-abli sa keyhole nga 0.47 mm². Ang pagtaas sa oscillation amplitude mahimo usab nga makunhuran ang mga pag-usab-usab ug mapaayo ang kalig-on. Kini tungod kay sa oscillating welding, usa ka mas dako nga proporsyon sa enerhiya ang giapod-apod sa duha ka kilid. Busa, ang outlet sa keyhole molapad, ug ang oscillation amplitude motaas, sa ingon nagdugang sa lugar sa pag-abli. Ang pagtaas sa amplitude molapad sa stirring range sa laser beam, nga mosangpot sa pagpalapad sa radius sa periodic movement sa keyhole. Tungod sa viscosity sa tinunaw nga metal ug sa hydrodynamic pressure nga naglihok duol sa keyhole wall, ang paglihok sa eddy current mahitabo sa welding molten pool duol sa keyhole opening. Ang pagpalapad sa keyhole opening area mopalambo sa kalig-on niini, malikayan ang pagporma sa mga bula, ug busa hinungdanon nga makapugong sa porosity.
4.3 Microstructure Ang hulagway nagpakita sa EBSD morphology sa weld cross-section ubos sa lain-laing oscillation frequencies ug amplitudes. Duol sa fusion line sa laser weld, ang columnar dendrite grains motubo padulong sa weld center. Sama sa gipakita sa Figure (a), taliwala sa "bowl" ug "stem" regions, makita ang klaro nga mga kalainan sa columnar grain distribution. Ang columnar grains giapod-apod sa U-shape ubay sa "bowl" wall, samtang sa "stem" region, ang columnar grains giapod-apod sa U-shape ubay sa fusion line. Atol sa solidification sa weld, ang partially solidified grains sa fusion zone molihok isip nucleation sites para sa solidification front ug mas gusto nga motubo nga perpendicular sa molten pool ubay sa direksyon sa maximum temperature gradient. Kini nga panghitabo mahitabo tungod kay ang taas nga power density sa laser mosangpot sa overheating sulod sa welding pool. Ang mas taas nga thermal gradient G ug moderate growth rate R naghimo sa G/R nga mas dako kay sa threshold para sa microstructure transformation, nga moresulta sa pagporma sa columnar grains. Ang gradient sa temperatura nga G sa sentro sa weld mokunhod, hinungdan nga ang G/R ratio anam-anam nga moubos ubos sa microstructure transformation threshold, nga mobalhin ngadto sa equiaxed grains. Ang equiaxed grains nahimutang sa sentral nga mga bahin sa "bowl" ug "stem". Tungod kay ang "stem" sa weld pig-ot ug duol sa base nga materyal, kini hingpit nga mogahi sa dili pa ang rehiyon sa "bowl" atol sa pagpabugnaw. Ang solidified nga bahin sa "stem" nagsilbing nucleation site sa ilawom sa "bowl", nga nagpasiugda sa pataas nga pagtubo sa columnar grains. Ang hulagway nagpakita sa tul-id nga linya ug oscillating nga mga proseso sa welding. Gipakita nga ang padayon nga pagbag-o sa posisyon sa laser beam sa laser oscillating welding makadugang sa gitas-on sa intermediate molten pool, nga magtunaw pag-usab sa solidified na nga metal, nga moresulta sa pagkunhod sa grain growth rate r. Mahimo kini nga mosangpot sa pagkunhod sa G/R sa ubos nga equiaxed grain zone.
4.4 Distribusyon sa Porosity Gigamit ang three-dimensional X-ray tomography aron sa pagpahigayon og komprehensibo nga inspeksyon sa weld, aron makuha ang three-dimensional distribution sa mga pores sa weld, sama sa gipakita sa hulagway. Ang porosity gikalkulo isip kinatibuk-ang volume sa mga pores nga gibahin sa kinatibuk-ang volume sa weld. Pinaagi sa pagtandi sa pore morphology ug distribusyon sa straight-line laser oscillating welds ug circular laser oscillating welds, nakita nga ang straight-line laser oscillating welds adunay mas daghang large-volume pores, nga adunay porosity nga 2.49%, nga mas taas kay sa circular.mga laser oscillating weldPinaagi sa pagtandi sa mga Hulagway (b, c) ug (d, e), makita nga ang pagdugang sa frequency sa oscillation makatabang sa pagpugong sa pagporma sa mga pores. Sa pagtandi sa mga Hulagway (b, d) ug (c, e), makita nga ang pagtaas sa oscillation amplitude adunay usab hinungdanon nga papel sa pagpugong sa pagporma sa pore. Kung ang oscillation amplitude dugang nga madugangan ngadto sa 2 mm (Hulagway (f)), ang porosity dugang nga mikunhod ngadto sa 0.22%, nga magbilin lamang og gagmay ug gagmay nga mga pores. Ang hulagway nagpakita sa distribusyon sa pore area sa lainlaing mga distansya gikan sa weld centerline, nga nagrepresentar sa porosity base sa gidak-on sa pore area. Alang sa straight-line welding, ang pore area simetriko nga giapod-apod ubay sa weld centerline, ug anam-anam nga mikunhod uban sa pagtaas sa distansya gikan sa weld centerline. Ang mga resulta nagpakita nga ang mga pores nga gipahinabo sa keyhole kasagaran gikonsentrar sa luyo sa 后壁 sa molten pool sa weld centerline. Alang sa laser oscillating welding, ang simetriya sa distribusyon sa pore mahimong mas huyang. Ang hulagway nagpakita sa pore area sa lain-laing distansya gikan sa weld surface, diin ang pula nga linya nagrepresentar sa utlanan tali sa "bowl" ug "stem" nga mga rehiyon. Sa kaso sa dominanteng dagkong mga pore (Mga Hulagway (ac)), ang pore area sa ibabaw sa utlanan mokabat ug labaw sa 85%. Kini tungod kay ang contour transition sa taas nga itudinal boundary mas lagmit nga makadakop sa mga bula sa weld pool, ug ang natanggong nga mga bula lagmit nga mobalhin pataas ubos sa impluwensya sa buoyancy. Sa kaso sa dominanteng gagmay nga mga pore (Mga Hulagway (df)), ang mga pore natipon sa lugar sulod sa 0.5 mm sa ubos sa boundary line. Ang mubo nga oras sa pagpabugnaw ug gamay nga pagbalhin pataas mahimong mga hinungdan niini nga panghitabo.
5 Mga Konklusyon
(1) Ang lain-laing mga laser oscillation mode adunay klaro nga mga epekto sa weld surface. Ang mas taas nga amplitude ug frequency makapauswag sa kalidad sa surface, samtang ang sobra ka dako nga oscillation parameters mahimong makadugang sa roughness ug hinungdan sa concave defects.
(2) Ang porma sa weld kasagaran gitino sa mga parameter sa laser oscillation, nga makaapekto sa katulin sa welding, pag-apod-apod sa enerhiya, ug kinatibuk-ang input sa kainit. Uban sa pagtaas sa oscillation amplitude, ang morpolohiya sa weld mausab gikan sa "goblet" ngadto sa "crescent", ug ang aspect ratio mokunhod.
(3) Uban sa pagsaka sa amplitude ug frequency sa oscillation, ang tinunaw nga pool molapad ug ang likod nga bahin mahimong lingin. Ang epekto sa oscillation modugang sa gitas-on sa tinunaw nga pool, nga mapuslanon sa pag-ikyas sa bula ug parehas nga solidification. Atol sa straight-line welding, ang lugar sa pag-abli sa keyhole mousab-usab; sa relatibong pagkasulti, kini nga pag-usab-usab mahimong maminusan, nga makapauswag sa kalig-on sa welding.
(4) Ang pagpataas sa oscillation amplitude ug frequency makapakunhod sa thermal gradient ug growth rate, nga mapuslanon sa pagporma sa dagkong grain sizes. Apan, ang laser stirring effect makatabang sa pagpino sa grain size ug pagpaayo sa texture strength. Ubos sa lain-laing laser parameters, ang weld hardness nagpabilin nga medyo lig-on, gamay nga mas ubos kaysa sa base material, nga mahimong tungod sa evaporation loss sa magnesium.
(5) Ang three-dimensional X-ray tomography nagpakita nga ang straight-line welding adunay mas taas nga porosity (2.49%) ug mas dako nga pore volume kaysa oscillating welding. Ang pagdugang sa mga oscillation parameter mahimong makapakunhod pag-ayo sa porosity, bisan moabot sa 0.22% kung ang amplitude kay 2 mm. Ang pore area distribution mobalhin uban sa oscillation: ang dagkong mga pores magtapok sa luyo sa molten pool, ug ang gagmay nga mga pores adunay mas maayo nga symmetry. Ang dagkong mga pores kasagarang giapod-apod sa ibabaw sa utlanan tali sa mga rehiyon sa "bowl" ug "stem", samtang ang gagmay nga mga pores gikonsentrar sa ubos sa utlanan.
Oras sa pag-post: Agosto-14-2025
