01 Présentation du document
Actuellement, peu d'attention est accordée aux raisons pour lesquelles l'espacement des fils dans le soudage hybride laser-arc provoque des défauts de soudage, en particulier dans le soudage de plaques épaisses, où l'instabilité de la formation de plaques épaisses est plus grande et où des défauts de soudage sont plus susceptibles de se produire. Pour mieux comprendre l'influence de l'espacement des fils sur la formation de défauts dans le soudage hybride de plaques épaisses, cette étude a utilisé le soudage hybride laser à fil -haute vitesse et haute -puissance-pour souder des plaques d'acier marin AH36 de 12 mm d'épaisseur. Une caméra à grande vitesse-a été utilisée pour observer le transfert de gouttelettes et l'écoulement du bain de fusion, et des simulations numériques ont été utilisées pour étudier le comportement d'écoulement spécifique du bain de fusion. Cela clarifie le mécanisme par lequel l'espacement des fils affecte la formation de défauts dans le soudage hybride fil-laser.
02 Aperçu du papier :
Le soudage hybride au laser-arc (LAHW), en tant que méthode d'assemblage largement prospective, a attiré une attention considérable dans le domaine des assemblages de plaques épaisses dans la construction navale. En tant que l'un des paramètres de soudage les plus critiques dans le soudage hybride laser-arc, l'espacement entre le faisceau laser et l'arc peut affecter de manière significative l'effet de couplage entre le laser et l'arc, en particulier dans des conditions de soudage laser-puissance élevée et vitesse élevée-. Par conséquent, l’exploration de l’effet de l’espacement des faisceaux sur le soudage revêt une importance théorique importante pour la recherche future et la production industrielle. Cet article utilise la photographie à grande vitesse du processus de soudage pour analyser l'impact de l'espacement des faisceaux sur le transfert de gouttelettes et la stabilité de l'écoulement du bain de fusion, et combine la simulation numérique pour examiner le mécanisme de formation des défauts de soudage. Les résultats montrent qu'un espacement approprié des faisceaux peut réaliser des soudures bien formées sans défauts de soudage évidents. Lorsque l'espacement des faisceaux est trop proche, l'effet de couplage excessif entre le laser et l'arc conduit à un transfert de gouttelettes instable et à un écoulement de bain de fusion, entraînant des défauts de soudage tels que des éclaboussures et des contre-dépouille. Lorsque l'espacement des faisceaux est trop grand, l'effet de couplage des deux sources de chaleur est affaibli, le renfort de soudure diminue et des défauts de porosité peuvent apparaître.
03 Analyse graphique :
À partir des images de la morphologie de la surface de la soudure et de la morphologie de la section transversale sous différents espacements des faisceaux laser (Figure 1), on peut voir que la formation de la surface de la soudure varie considérablement en fonction des espacements des faisceaux laser, tandis que la morphologie de la section transversale des soudures sous différents espacements est similaire, toutes apparaissant en forme de gobelet. Lorsque l'espacement des faisceaux laser est de 4 mm, il n'y a pas de défauts de soudage évidents et la formation de la soudure est optimale.
Comme le montre la figure 2, à mesure que l'espacement entre les fibres optiques augmente progressivement de 0 mm à 8 mm, la fréquence des transitions de court-circuit-diminue d'abord puis augmente.
Comme le montre la figure 3, lorsque le soudage MAG pur est utilisé, en mode de transition de jet, la direction de la transition de jet se fait le long de la ligne retardée de la pointe du fil. Lorsque le laser est ajouté pour le soudage hybride, l'angle de déviation de la transition du jet change considérablement.
À partir du graphique statistique de la figure 5, on peut voir que la fréquence des transitions de court-circuit-diminue d'abord puis augmente. L'ampleur de l'angle de déviation de transition du jet diminue progressivement à mesure que la distance entre les fibres optiques augmente de 0 mm à 4 mm. Lorsque l'espacement des fibres augmente encore jusqu'à 6-8 mm, l'effet du laser sur l'angle de déviation de transition du jet disparaît progressivement.
Comme le montre la figure 6, une partie des défauts de projection proviennent de transitions de court-circuit -instables. À T+5.9 ms, le pont métallique en fusion subit un phénomène de « rupture de striction », formant de nombreuses fines projections.
Comme le montre la figure 7, en raison de l'influence des forces de vapeur métallique à l'intérieur du trou de serrure et de l'impact provoqué par la transition des gouttelettes, à la position arrière du trou de serrure, le métal en fusion à la surface du bain de fusion s'écoule trop rapidement et se détache du bain, formant des défauts de projection.
D'après les résultats de la simulation numérique de la figure 8, on peut voir que sous les effets combinés du laser et de l'arc, la température du métal en fusion près du centre du bain en fusion est plus élevée et le débit est plus rapide. Le métal en fusion s’accumule alors vers le centre de la piscine. À mesure que la soudure refroidit, le métal en fusion des deux côtés continue de se déplacer vers la région médiane sous l'influence de la force de Marangoni, ce qui entraîne la formation de défauts en contre-dépouille des deux côtés de la soudure.
Comme le montre la figure 9, lorsque l'espacement entre les filaments est trop grand, l'effet de préchauffage de l'arc est affaibli, l'effet de chauffage laser sur la partie inférieure du trou de serrure est réduit et la stabilité du trou se détériore. En raison d'une énergie insuffisante transférée au bas de la soudure, la moitié inférieure du trou de serrure devient instable et ne peut pas rester ouverte en permanence, ce qui rend difficile la sortie des bulles de gaz internes, entraînant finalement des défauts de porosité.
03 Résumé et perspectives
Cet article utilise le soudage hybride MAG-laser-MAG haute puissance sur de l'acier AH36 de 12 mm d'épaisseur pour étudier la formation des soudures, la transition des gouttelettes et le comportement de l'écoulement du bain de fusion. En outre, l'effet de l'espacement des fils laser sur le processus de soudage et le mécanisme de formation des défauts de soudure sont discutés. Les principales conclusions sont les suivantes : (1) Lorsque la puissance du laser est de 9,5 kW, la vitesse d'alimentation du fil est de 10 m/min, la vitesse de soudage est de 1,8 m/min et l'espacement des fils laser est de 4 mm, la meilleure formation de soudure est obtenue, avec un renfort de soudure de 0,28 mm et une largeur de soudure de 5,02 mm, sans défauts tels que contre-dépouille, projections ou porosité. (2) L'espacement des fils laser affecte de manière significative la forme de transition des gouttelettes (jet + transition de court-circuit-). À mesure que l'espacement des fils laser augmente, la fréquence de transition de court-circuit diminue d'abord puis augmente. Lorsque l'espacement des fils laser est de 0, 2, 4, 6 et 8 mm, la fréquence de transition de court-circuit - est de 161 Hz, 124 Hz, 95 Hz, 116 Hz et 138 Hz, respectivement. L'angle de déviation de la transition du jet diminue avec l'augmentation de l'espacement des fils. Lorsque l'espacement des fils est supérieur à 6 mm, l'angle de déviation n'est plus affecté par l'espacement des fils, ce qui est cohérent avec le soudage MAG simple.(3) Les projections se forment principalement au-dessus du trou de serrure du laser et sur la face arrière du bain de fusion. La transition des gouttelettes de court-circuit induit une striction et une rupture du pont de métal liquide, formant de multiples petites gouttelettes de métal, qui sont en outre influencées par la vapeur métallique éjectée du trou de serrure, entraînant des éclaboussures. De plus, le bassin en fusion est affecté par le panache de vapeur et la force d'impact de la transition des gouttelettes, provoquant une augmentation de la vitesse d'écoulement du métal en fusion sur la face arrière. Lorsque le métal en fusion s'écoule en diagonale vers le haut à une vitesse de 0,3 m/s, une partie du métal en fusion se sépare du bain, formant des éclaboussures.(4) La formation de défauts en contre-dépouille est étroitement liée à l'écoulement du bain en fusion. Le métal en fusion dans la zone soufflée par le gaz et autour du trou de serrure s'écoule continuellement vers l'arrière, provoquant le soulèvement de la face arrière de la piscine. Au fur et à mesure que la zone de soudure se solidifie progressivement, sous la force de Marangoni, le métal fondu sur les côtés relativement plus froids de la soudure s'écoule vers le centre chaud, ne laissant pas suffisamment de métal fondu au niveau du pied de soudure et entraînant des défauts de contre-dépouille. (5) Lorsque l'espacement des fils laser est trop grand, une porosité est susceptible de se produire à l'intérieur de la soudure. L'effet de couplage entre le laser et l'arc est considérablement affaibli, ce qui entraîne une quasi-séparation des bains de fusion du laser et de l'arc, réduisant ainsi l'énergie transmise au fond de la soudure. Cela diminue la stabilité au fond du trou de serrure, rendant difficile la sortie des bulles du bain de fusion, formant finalement des défauts de porosité à mesure que la soudure refroidit et se solidifie.
