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金屬鈑金新聞

鋁合金擺動激光-MIG焊(熔化極惰性氣體保護(hù)焊)氣孔抑制研究

星之球科技 來源:江蘇激光產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟2021-09-29 我要評論(0 )   

簡介:采用擺動激光-MIG焊混合焊接法對AA6082鋁合金進(jìn)行焊接。通過電子束擺動,可以在100-300安培的電弧電流范圍內(nèi)有效地抑制孔隙率(特別是在低電弧電流水平下)。隨著...


簡介:采用擺動激光-MIG焊混合焊接法對AA6082鋁合金進(jìn)行焊接。通過電子束擺動,可以在100-300安培的電弧電流范圍內(nèi)有效地抑制孔隙率(特別是在低電弧電流水平下)。隨著擺動幅度和頻率的增加,孔隙率大大降低,并獲得了不同振幅下無孔隙的閾值頻率。通過“三明治”高速視頻法觀察匙孔行為,并研究了光束擺動對孔隙形成和抑制的影響。研究中發(fā)現(xiàn)孔隙率的抑制取決于三個原因——其一,高頻擺動匙孔可以“捕獲”熔池和凝固前沿的氣泡或空腔。其二,高頻擺動可以擴大匙孔直徑,提高匙孔穩(wěn)定性。第三,光束擺動可以在熔池中形成攪拌效應(yīng)、產(chǎn)生湍流,降低氣泡向凝固前沿移動的可能性





1.介紹





鋁合金重量輕、比強度高、耐蝕性好、成本低,因此其高效高質(zhì)的焊接備受關(guān)注。激光焊接由于其熔深、焊接速度快、焊接靈活,是一種重要的鋁合金熔焊工藝。然而,激光焊接在鋁合金上的應(yīng)用通常受到嚴(yán)重氣孔缺陷的限制,尤其是那些厚度在4 mm以上的中厚板





鋁合金激光焊接中的氣孔類型主要是匙孔類氣孔,根據(jù)近年來相關(guān)研究,其形成原因已基本明朗。通過X射線相位對比和“三明治”觀察方法,Miyagi等人證明孔隙來源于匙孔不穩(wěn)定產(chǎn)生的氣泡。此外,Huang等人的研究發(fā)現(xiàn)由于熔融更強烈,小孔更不穩(wěn)定,鋁比鋼更容易形成匙孔類氣孔。





激光-電弧復(fù)合焊接(Laser-arc hybrid welding,LAHW)由于激光和電弧焊接過程的協(xié)同效應(yīng)而受到越來越多的關(guān)注。雖然深穿透(熔深)是LAHW的一個優(yōu)點,但在中厚鋼板中,匙孔類氣孔仍然很嚴(yán)重。一般認(rèn)為,高電弧電流有利于抑制匙孔類氣孔。Katayama等人通過研究首次發(fā)現(xiàn),只有當(dāng)電弧電流大于240 A時,才能有效抑制5 mm厚鋁鎂板的氣孔。Chen Zhang等人利用300 A電弧電流成功消除了LAHW 8 mm厚AA6082鋁合金的氣孔。他們進(jìn)一步證明,高電弧電流可以抑制熔池并縮短上浮距離,這為氣泡從熔池中逸出創(chuàng)造了條件。上述研究表明,要克服LAHW中厚鋁合金中的氣孔,需要超過240安培的電弧電流。然而,高電弧電流意味著過多的熱量輸入,這將使晶粒粗大并削弱焊縫。到目前為止,在中低電弧電流下消除LAHW中厚鋁合金的氣孔仍頗具挑戰(zhàn)性。





圖1 LAHW焊縫#6的晶界特征分布(GBCD)圖,(a)截面內(nèi)的試驗位置,(b)焊縫中心的金屬焊縫區(qū),區(qū)域1的細(xì)節(jié)圖,(c)區(qū)域4的細(xì)節(jié)圖,(d)熔合線旁邊的金屬焊縫區(qū),區(qū)域2的細(xì)節(jié)圖,(e)熱影響區(qū),區(qū)域4的細(xì)節(jié)圖。小角度晶界(LABs)和大角度晶界(HABs)分別用紅色和黑色線條描繪





近期,光束擺動被用來抑制激光焊接中的匙孔類氣孔。如圖2,在5A06鋁合金的激光擺動焊接中,Zhimin Wang等人將匙孔類氣孔率降低到2.5 %以下。Fetzer等人在2018年的研究中發(fā)現(xiàn),在200 Hz的擺動頻率下,采用光束環(huán)形擺動的激光焊接可以完全避免AA6082鋁合金焊縫的氣孔。Chen Zhang等人去年對5A06鋁合金激光環(huán)形擺動焊接的研究表明,當(dāng)擺動速度大于70 m/min時,熔池中的氣孔會受到抑制。





圖2 機械試驗a.鎖底圖b.有無光束擺動的基材(BM)和激光焊縫的抗拉強度(tensile strength)和延展性。





盡管有上述優(yōu)點,但目前將光束擺動應(yīng)用于鋁合金激光焊接仍然較少。在中低電弧電流(≤200 安培)下,光束擺動的孔隙抑制在LAHW中是否仍起作用尚不清楚。與此同時抑制孔隙度的規(guī)律和孔隙消失的擺動參數(shù)閾值等也有待研究。在本文中,作者試圖對此展開探索,本研究結(jié)果有助于提高鋁合金厚板低電弧電流激光焊接的工業(yè)應(yīng)用。





2.實驗材料和方法





光束環(huán)形擺動激光-MIG焊接采用尺寸為150 × 100 × 8 mm的AA6082鋁合金板和直徑為1.6 mm的ER5087鋁填充金屬,其化學(xué)成分見表1。如圖3所示,擺動激光-MIG混合焊(oscillating laser-MIG hybrid welding,O-LMHW)系統(tǒng)由IPG YLR-6000光纖激光器、激光頭、FRonIUS TPS4000 MIG弧焊機和FUNAC M-710ic/50機器人組成。激光頭由準(zhǔn)直系統(tǒng)、振鏡掃描器和F-θ物鏡組成。當(dāng)激光束靜止時,會垂直于工件表面。電弧噴槍中心線和工件表面之間的角度為55°。激光和電弧之間的距離為3毫米,焊絲伸出長度為16毫米。保護(hù)氣體為純氬氣。選擇環(huán)形擺動模式,焊接方向(機器人的移動方向)定義為X方向,與之垂直的方向定義為Y方向。焊接過程中,激光頭發(fā)出的擺動光束引導(dǎo)熔化極氣體保護(hù)焊炬實現(xiàn)了O-LMHW焊接。





表1 金屬基材和填充金屬的化學(xué)成分





圖3 O-LMHW裝置和光束擺動模式示意圖





表2 焊接參數(shù)





焊接前,先用丙酮清洗工件,然后依次用氫氧化鈉溶液和硝酸溶液去除工件上的氧化膜。焊接后,通過x光無損檢測對焊縫氣孔進(jìn)行檢查。X射線無損檢測的典型結(jié)果如圖4所示,其中黑點為氣孔,白色區(qū)域為焊縫表面強化。





圖4 x光無損檢測的結(jié)果





選擇中間100毫米長的焊縫來計算焊縫孔隙率,即基于標(biāo)準(zhǔn)ISO 10042的氣孔和焊縫的投影面積之比??紫堵实陀?.5 %的焊縫為一級焊縫。





圖5 O-LMHW氣孔輪廓和行為的觀測方法,(a)觀測裝置示意圖(b)定位光束擺動中心點的原理圖。





圖5(a)所示,通過“三明治夾心”的方法觀察匙孔動力學(xué),以研究孔隙形成和抑制的機理。一個AA6082鋁合金和一個尺寸為100 × 30 × 8 mm3的GG17級石英玻璃機械結(jié)合。O-LMHW在鋁板一側(cè)進(jìn)行。使用高速攝像機(Phantom V710)和透射帶為810±5納米的帶通濾波器進(jìn)行高速成像。采用波長為810 nm的激光照明系統(tǒng)對熔池和匙孔進(jìn)行照明。在7000幀/秒和1 μs曝光下拍攝圖片。為了清晰地觀察匙孔的輪廓特征,盡量減少石英玻璃對焊接過程的干擾,光束擺動中心點的定位原理如圖5(b)所示。光束擺動中心點到GG17玻璃邊緣的法向距離是擺動幅度和光斑半徑之和。這樣,通過GG17玻璃可以清晰地觀察到熔池和匙孔的輪廓,并在匙孔旋轉(zhuǎn)到鋁板邊緣時用高速攝像機記錄下來。焊接后,用數(shù)碼相機拍攝焊縫和匙孔。





3.結(jié)果和討論





3.1.光束擺動參數(shù)對孔隙度的影響





當(dāng)電流(表示為I)為200 安培,頻率為300 Hz時,振幅(表示為A)對孔隙率分布、焊縫孔隙率和熔深的影響如圖6所示。圖6(a)中,當(dāng)A≤ 0.4 mm時,大量氣孔位于中心線,其直徑大多在1 mm以上,當(dāng)A= 0.6 mm時,大氣孔基本消失,很少能看到直徑小于0.5 mm的小氣孔。當(dāng)A≥ 0.8毫米時,無損檢測薄膜中看不到孔隙。





圖6 (a)不同頻率下孔隙率的x射線無損檢測結(jié)果,(b)擺動頻率對孔隙率和熔深的影響(I = 200 安培,f = 300 Hz)





圖6(b)中,當(dāng)A從0增加到0.8 mm時,孔隙率從5.7 %急劇下降到0.2 %,然后當(dāng)A > 0.8 mm時,孔隙率為0,如圖中的紅色區(qū)域所示,當(dāng)A ≥ 1.5 mm時,焊縫熔深小于3 mm,激光作用區(qū)消失,這意味著焊接模式為傳導(dǎo)模式,因此不存在匙孔類氣孔。如圖中綠色區(qū)域所示,當(dāng)0.6 mm ≤ A≤1 mm時,焊縫熔深超過5 mm,焊接方式為匙孔模式,其中匙孔類氣孔消失。值得注意的是,在A = 0.4 mm和A = 0.6 mm時,焊縫熔深幾乎相同,但孔隙率分別為2.3 %和0.5 %,這意味著它們之間存在誘導(dǎo)孔隙抑制的閾值幅度。





當(dāng)I = 200 安培、A = 0.6 mm時,擺動頻率對孔隙率分布、焊縫孔隙率和熔深的影響如圖7所示。焊縫孔隙率和熔深隨著擺動頻率的增加而減小。根據(jù)熔深和焊縫截面形態(tài),可以判斷在所有頻率下,焊接過程都是匙孔模式。當(dāng)f





圖7 (a)不同頻率下孔隙率的x射線無損檢測結(jié)果,(b)擺動頻率對孔隙率和熔深的影響(I = 200 安培,A = 0.6 mm)





觀察圖8可發(fā)現(xiàn),當(dāng)0.2 mm ≤ A ≤ 0.4 mm時,孔隙率幾乎沒有被抑制。即使將頻率增加到1000 Hz,孔隙率仍然高達(dá)2%。當(dāng)A≥ 0.6毫米時,孔隙率隨著頻率的增加而顯著降低,并達(dá)到0.5 %(一級焊接標(biāo)準(zhǔn)),直到頻率增加到一個閾值。頻率閾值隨著振幅的增加而降低。





圖8 擺動參數(shù)對孔隙率的影響(I = 200 安培)。





3.2.孔隙度抑制閾值擺動參數(shù)





圖9所示,無光束擺動的焊縫孔隙率隨著電弧電流I的增大而減小,只有當(dāng)I增大到300安培且焊縫為全熔透時,孔隙率才能減小到1.5 %左右。相比之下,在合適的擺動參數(shù)下,可以在100-300 安培范圍內(nèi)通過光束環(huán)形擺動獲得無氣孔焊縫。無氣孔焊縫的頻率閾值隨著電弧電流的增加而降低。可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)I為100 、150 、200、250 和300安培時,對應(yīng)的頻率閾值分別為500 Hz、400 Hz、350 Hz、150 Hz和100 Hz。上述結(jié)果意味著,通過在LMHW中加入環(huán)形擺動,成功解決了LMHW中厚鋁合金必須使用高電弧電流(> 250安培)來抑制氣孔的技術(shù)瓶頸。





圖9 不同電弧電流在A = 0.6 mm下,LMHW與O-LMHW的孔隙率比較。





3.3. 匙孔類氣孔形成的機理





圖10 LMHW的高速圖像和匙孔輪廓示意圖(P = 5000 W,I = 200 安培,vw = 2 m/min)。





Ming Gao等人將LMHW的熔池和焊縫分為兩個區(qū)域。熔池的上半部分為弧區(qū)(ArcZ),是由電弧和匙孔共同作用形成的,這一區(qū)域長而淺;下半部分即激光區(qū)(LaserZ)由匙孔、前壁和后壁組成,其形成主要依賴于匙孔的作用。激光區(qū)的寬度約為1毫米,匙孔的直徑約為0.5毫米。當(dāng)激光束照射匙孔中的液態(tài)金屬時,造成其強烈蒸發(fā),形成大量的金屬蒸氣。





根據(jù)S. Li等人的說法,向下流動的蒸氣在匙孔底部遭遇向上流動的蒸氣,形成蒸氣漩渦。流動的蒸氣漩渦在匙孔壁上產(chǎn)生強烈的反沖壓力,導(dǎo)致匙孔后壁局部膨脹,形成凸起。由于匙壁波動的方式和強度是隨機的,匙孔口的頻繁閉合會導(dǎo)致低電弧電流下的LMHW匙孔不穩(wěn)定。





圖11 匙孔類氣孔形成的機理(不規(guī)則根部氣孔),(a)匙孔的動態(tài)高速圖像,(b)不規(guī)則根部氣孔的形成,(c)焊縫和不規(guī)則根部氣孔的剖面照片,(P = 5000 W,I = 200 A,vw = 2 m/min)。





圖12 匙孔類氣孔形成的機理(圓形中間孔隙),(a)匙孔的動態(tài)高速圖像,(b)環(huán)形中間孔隙的形成(c)焊縫和環(huán)形中間孔隙的剖面圖,(P = 5000 W,I = 200 A,vw = 2 m/min)。





Jiajun Xu等人發(fā)現(xiàn),匙孔不穩(wěn)定是形成匙孔類氣孔的關(guān)鍵。圖11、圖12展示了LMHW中兩種典型孔隙形成的機理。在圖11(a)和(b)中,當(dāng)入射激光誘導(dǎo)的蒸氣射流作用在匙孔下部時,可能使前后壁局部隆起,導(dǎo)致匙孔輪廓扭曲(可觀察圖中t = 1.57 毫秒ms)。此時,液態(tài)金屬被堵在局部變窄的匙孔中間,根部被封閉形成空腔。隨著匙孔前移,液態(tài)金屬無法回填空腔,最終在焊縫根部形成氣孔。





圖12(a)和(b)中,當(dāng)入射激光誘導(dǎo)的蒸汽射流作用在匙孔中部時,可能使匙孔后壁局部隆起,形成氣腔。當(dāng)匙孔前移時,氣腔變?yōu)闅馀?,隨后進(jìn)入熔池,隨熔體流動向后方移動。因為LaserZ很窄,氣泡在上浮之前很容易被凝固前沿“捕獲”。最后,氣泡被截留在焊縫中,形成環(huán)形孔隙。在圖12(c)中,由氣泡形成的匙孔類氣孔大多位于焊縫的中部和上部,呈環(huán)形。





以上結(jié)果表明,提高小孔穩(wěn)定性、使液態(tài)金屬回流到根管腔是抑制不規(guī)則根管氣孔的關(guān)鍵。此外,提高匙孔穩(wěn)定性、減少氣泡數(shù)量或促進(jìn)氣泡上浮都有利于抑制環(huán)形孔隙。





3.4.光束擺動抑制孔隙的機理





3.4.1.匙孔行為





在低擺動幅度的情況下,以A = 0.2 mm,f = 300 Hz為例,匙孔行為對孔隙的影響如圖13所示。在圖13(a)-(b)中,光束擺動區(qū)域非常小,僅有束斑直徑那么大,其匙孔和熔池的輪廓與無擺動焊接相似。由于匙孔的不穩(wěn)定性,如圖中t = 1.43 毫秒和t = 3.86 毫秒所示,在熔池根部形成氣泡或空腔。此外,ArcZ長而淺,而LaserZ深而窄,寬度為1.1毫米。這種形態(tài)對氣泡從熔池中逸出極為不利。在t = 17.73 ms時,空腔變成了孔隙。





圖13 低振幅下匙孔類氣孔形成的機理,(a)匙孔的動態(tài)高速圖像,(b)空腔形成的機理(c)焊縫和氣孔的剖面照片,(I = 200 A,A = 0.2 mm,f = 300 Hz)。





在高振幅和低頻率的情況下,以A = 0.6 mm和f = 10 Hz為例,匙孔行為如下圖所示。在圖14(a)-(b)中,擺動頻率太低,無法疊加擺動激光能量,因此LaserZ較窄,隨匙孔四處移動。t = 0 ms時,匙孔向鋁板邊緣移動,可以觀察到匙孔內(nèi)發(fā)生了局部收縮。在t = 15 ms時,隨著匙孔的移動,空腔形成并留在固化的焊縫中。當(dāng)匙孔再次轉(zhuǎn)向鋁板邊緣時,由于擺動速度較慢,熔池向前移動了很長一段距離。最后,在t = 30 ms時,空腔變成孔隙。如圖14(c)所示,氣孔分布在焊縫中下部,焊縫熔深波動較大,產(chǎn)生波狀根部形貌。





圖14 高振幅、低頻下匙孔類氣孔形成的機理,(a)匙孔的動態(tài)高速圖像,(b)空腔形成的機理(c)焊縫和氣孔的剖面照片,(I = 200 A, A = 0.6 mm, f = 10 Hz)。





在高振幅和中頻的情況下,以A = 0.6 mm和f = 100 Hz為例,匙孔行為如圖15所示。在圖15(a)中,由于相對較高的擺動頻率,激光能量可以完全疊加形成一個大的LaserZ,其寬度為1.5毫米。在t = 1.57毫秒時,由于匙孔不穩(wěn)定,在根部出現(xiàn)一個空腔。t = 3.72 ms時,空腔留在焊縫中。但在t = 10 ms和11 ms時,可以觀察到,當(dāng)匙孔再次轉(zhuǎn)回鋁板邊緣時,遇到空腔,然后空腔消失。圖15(b)顯示了通過“匙孔捕獲”抑制氣孔的機理。這表明以高擺動頻率移動的匙孔可能“捕獲”熔池中的氣泡或空腔,從而消除孔隙。顯然,根據(jù)這一機制,頻率越高,氣泡或空腔被捕獲的可能性越大,越容易抑制孔隙。如圖15(c)所示,盡管與低擺動頻率相比,孔隙的數(shù)量大大減少,但是孔隙并沒有被完全抑制。





圖15 高振幅、中頻下匙孔類氣孔形成的機理,(a)匙孔的動態(tài)高速圖像,(b)匙孔“捕獲”形成的氣孔抑制機理(c)焊縫和氣孔的剖面照片,(I = 200 A, A = 0.6 mm, f = 100 Hz)。





在高振幅和高頻率的情況下,以A = 0.6 mm和f = 300 Hz為例,匙孔行為如圖16所示。如圖16(a)中t = 0 ms時所示,匙孔直徑和LaserZ寬度分別為0.9 mm和2.2 mm。從t = 1 ms到t = 3.67 ms也觀察到了“匙孔捕獲”現(xiàn)象,值得注意的是,從t = 4 ms到t = 5 ms,當(dāng)匙孔從其原始位置移開時,熔體流動可以及時將其填滿。很明顯,在這個過程中,匙孔保持打開的狀態(tài)且相對穩(wěn)定,因此不會產(chǎn)生氣泡或空腔。





圖16 高振幅、高頻率下匙孔類氣孔形成的機理,(a)匙孔的動態(tài)高速圖像,(b)溶體填補空腔的過程圖,(c)溶體填補坯料的過程圖,(I = 200 A, A = 0.6 mm, f = 300 Hz)。





圖16(b)所示,在高擺動速度條件下,激光束主要作用于前壁。由于匙孔開口擴大,蒸氣射流對后壁的沖擊減小,使匙孔保持穩(wěn)定。此外,在匙孔移開后,漸漸擴大且穩(wěn)定的匙孔使液態(tài)金屬穩(wěn)定流動,從底部穩(wěn)定地充滿坯料,并不會導(dǎo)致匙孔塌陷,因此氣泡或空腔形成的可能性會大大降低。如圖16(c)所示,孔隙基本消失、焊縫根部光滑,熔深波動小,這些都說明匙孔比較穩(wěn)定





3.4.2.擺動激光束的攪拌熔池對孔隙的影響





Fetzer等人指出,孔隙的形成與熔體流動密切相關(guān),熔體流動可能將氣泡帶入凝固前沿。不同的擺動參數(shù)會對熔體流動產(chǎn)生不同的影響,最終影響孔隙的形成。通過高速視頻觀察O-LMHW的流體流動,研究人員發(fā)現(xiàn)光束擺動可以在熔池中形成攪拌效應(yīng),促進(jìn)熔體流動由層流向湍流轉(zhuǎn)變。如圖17(a)所示,通過光束擺動攪拌的熔池可視為攪拌槽,而匙孔可視為攪拌棒。





圖17 光束擺動的攪拌效應(yīng),(a)作為攪拌槽的攪拌熔池示意圖,(b)不同擺動參數(shù)下攪拌雷諾數(shù)Re的變化。





當(dāng)Re<1000時,熔池內(nèi)的流動類型為層流瞬變流。根據(jù)Katayama等人研究,氣泡將隨著層流移動到熔池的后部。同時,氣泡可能會變大,在逃離熔池之前很容易就會被凝固前沿捕獲,最終導(dǎo)致氣孔的形成。





當(dāng)Re>1000時,流動類型從層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鳎瑪_亂了熔體的有序流動。強烈的攪拌作用將氣泡限制在渦流區(qū)附近。因此,氣泡向凝固前沿移動的可能性大大降低。同時,湍流對氣泡有很強的剪切作用,使其破裂,從而形成較大孔隙的概率大大降低。基于以上原因,攪拌熔池的效果越強,抑制氣孔的效果越好。





3.4.3.光束擺動和電弧電流與孔隙的關(guān)系





如前所述,高電弧電流有利于抑制氣孔。電弧壓力呈高斯分布,即電弧電流越高,電弧中心壓力越高。隨著電弧電流的增加,電弧壓力增加,抑制了熔池表面,縮短了氣泡逸出的上浮距離。Chen Zhang等人提出通過增加電弧電流可以增強電弧區(qū)(ArcZ)和激光區(qū)(LaserZ)的對流,增大激光的截面積,使氣泡更容易逸出。因此,足夠高的電弧電流可以為氣泡提供更好的逃逸環(huán)境。





據(jù)此我們可以得出這樣的結(jié)論——在O-LMHW中,孔隙的抑制依賴于光束擺動和電弧電流的共同作用。當(dāng)電弧電流較低時,光束擺動的效應(yīng)(如“匙孔捕獲”效應(yīng))、穩(wěn)定匙孔和攪拌熔池等都對抑制氣孔起到了重要的作用。當(dāng)電弧電流足夠大時,比如達(dá)到300安培時,電弧電流的作用使氣泡更容易逸出,所以只需要較低頻率的電子束擺動即可抑制氣孔。這就是無氣孔焊縫的頻率閾值隨著電弧電流的增加而降低的原因。





4.結(jié)論





這些研究工作表明,電子束擺動對抑制鋁合金中的氣孔有很好的效果。光束環(huán)形擺動完美突破了中厚鋁合金LAHW焊接方式下抑制氣孔需要高電弧電流(> 250安培)的技術(shù)瓶頸。用“三明治”方法直接觀察了匙孔行為,并討論了氣孔形成和抑制的機理??梢缘贸鲆韵陆Y(jié)論:





※在電弧電流為200 A的情況下,當(dāng)A > 0.4 mm時,電子束擺動可有效消除焊縫氣孔。隨著頻率的增加,孔隙大大降低。在不同的振幅下,存在無孔隙的閾值頻率。閾值頻率和振幅之間的定量關(guān)系可以表示為方程f = 391.53A2-1143.7A + 886.64。





※ 在0-LMHW中,可以在100-300安培電弧范圍內(nèi)獲得無氣孔焊縫。無氣孔閾值頻率隨著電弧電流的增大而減小,分別為:100 安培時為500 Hz,150 安培時為400 Hz,200 安培時為350 Hz,250 安培時為150 Hz,300 安培時為100 Hz。





※ 擺動匙孔觀察發(fā)現(xiàn),當(dāng)A = 0.6 mm,f≥100 Hz時,高擺動頻率的小孔可以“捕獲”熔池和凝固前沿的氣泡或空腔,從而消除氣孔。此外,由于高頻擺動可以擴大匙孔直徑,提高其穩(wěn)定性,因此匙孔坍塌形成氣泡的概率大大降低。





※ 光束擺動可以在熔池中形成攪拌效應(yīng),產(chǎn)生湍流,降低氣泡向凝固前沿移動的可能性。





※ 電子束擺動和電弧電流的共同作用可以抑制氣孔。在低電流水平(≤200 安培)下,高頻光束擺動起主導(dǎo)作用。在足夠高的電弧電流水平(> 250安培)下,電弧電流可以發(fā)揮主要作用。





來源: Lei Wang,Yao Liu,Chenggang Yang,Ming Gao,Study of porosity suppression in oscillating laser-MIG hybrid welding of AA6082 aluminum alloy,Journal of Materials Processing Technology,https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2021.117053





參考文章:





1. C. Zhang, M. Gao, D.Z. Wang, J. Yin, X.Y. Zeng,Relationship between pool characteristic and weld porosity in laser arc hybrid welding of AA6082 aluminum alloy,J. Mater. Process. Technol., 240 (2017), pp. 217-222





2. S. Li, G. Chen, M. Zhang, Y. Zhou, Y. Zhang,Dynamic keyhole profile during high-power deep-penetration laser welding,J. Mater. Process. Technol., 214 (3) (2014), pp. 565-570



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