Определение дефекта в виде брызг: Брызги при сварке — это капли расплавленного металла, выбрасываемые из сварочной ванны в процессе сварки. Эти капли могут оседать на окружающей рабочей поверхности, вызывая шероховатость и неровности, а также ухудшая качество сварочной ванны, что приводит к образованию вмятин, трещин и других дефектов на поверхности сварного шва, влияющих на его механические свойства.
Разбрызгивание при сварке — это капли расплавленного металла, выбрасываемые из сварочной ванны в процессе сварки. Эти капли могут оседать на окружающей рабочей поверхности, вызывая шероховатость и неровности, а также ухудшая качество сварочной ванны, что приводит к образованию вмятин, трещин и других дефектов на поверхности сварного шва, влияющих на его механические свойства.
Классификация брызг:
Небольшие брызги: капли затвердевания, присутствующие по краям сварного шва и на поверхности материала, в основном влияющие на внешний вид и не оказывающие воздействия на эксплуатационные характеристики; как правило, критерием для определения является размер капли, составляющий менее 20% от ширины сварного шва.
Крупные брызги: Наблюдается ухудшение качества, проявляющееся в виде вмятин, следов взрыва, подрезов и т. д. на поверхности сварного шва, что может привести к неравномерному распределению напряжений и деформаций, влияя на эксплуатационные характеристики сварного шва. Основное внимание уделяется именно таким дефектам.
Процесс образования брызг:
Разбрызгивание проявляется в виде впрыскивания расплавленного металла в расплавленную ванну в направлении, приблизительно перпендикулярном поверхности сварочного раствора, вследствие высокого ускорения. Это хорошо видно на рисунке ниже, где столб жидкости поднимается из сварочного расплава и распадается на капли, образуя брызги.
Место происшествия с брызгами
Лазерная сварка делится на теплопроводную и сварку с глубоким проплавлением.
При сварке с использованием теплопроводности практически не образуется брызг: сварка с использованием теплопроводности в основном заключается в передаче тепла от поверхности материала к внутренней части, при этом в процессе практически не образуется брызг. Этот процесс не включает в себя сильное испарение металла или физические металлургические реакции.
Сварка глубоким проплавлением — это основной сценарий, при котором происходит разбрызгивание: при сварке глубоким проплавлением лазер проникает непосредственно в материал, передавая тепло через сквозные отверстия, а интенсивная технологическая реакция делает этот метод основным сценарием, при котором происходит разбрызгивание.
Как показано на рисунке выше, некоторые исследователи используют высокоскоростную фотосъемку в сочетании с высокотемпературным прозрачным стеклом для наблюдения за движением сварочной ванны во время лазерной сварки. Обнаружено, что лазерный луч в основном попадает на переднюю стенку сварочной ванны, выталкивая жидкость вниз, минуя ванну и достигая её хвостовой части. Положение лазерного луча внутри сварочной ванны не фиксировано, и лазер находится в состоянии френелевского поглощения внутри неё. Фактически, это состояние многократного преломления и поглощения, поддерживающее существование расплавленной жидкости. Положение лазерного луча в каждом процессе изменяется в зависимости от угла наклона стенки сварочной ванны, вызывая её вращательное движение. В месте облучения лазером происходит плавление, испарение, воздействие силы и деформация, поэтому перистальтические колебания приводят к движению вперёд.
В приведенном выше сравнении используется высокотемпературное прозрачное стекло, которое фактически эквивалентно поперечному сечению расплавленной ванны. В конце концов, состояние потока расплавленной ванны отличается от реальной ситуации. Поэтому некоторые ученые использовали технологию быстрого замораживания. В процессе сварки расплавленная ванна быстро замораживается, чтобы получить мгновенное состояние внутри сварочной ванны. Четко видно, что лазер попадает на переднюю стенку сварочной ванны, образуя ступеньку. Лазер воздействует на эту ступенчатую канавку, толкая расплавленную ванну вниз, заполняя зазор сварочной ванны во время движения лазера вперед, и таким образом получает приблизительную диаграмму направления потока внутри сварочной ванны реальной расплавленной ванны. Как показано на рисунке справа, давление отдачи металла, создаваемое лазерной абляцией жидкого металла, заставляет жидкую расплавленную ванну обходить переднюю стенку. Сварочная ванна движется к хвостовой части расплавленной ванны, поднимаясь вверх подобно фонтану сзади и ударяясь о поверхность хвостовой части расплавленной ванны. В то же время, из-за поверхностного натяжения (чем ниже температура поверхностного натяжения, тем сильнее воздействие), жидкий металл в хвостовой части расплавленного бассейна под действием поверхностного натяжения перемещается к краю расплавленного бассейна, непрерывно затвердевая. Жидкий металл, который может затвердеть в будущем, циркулирует обратно вниз к хвостовой части расплавленного бассейна, и так далее.
Схема лазерной глубокопроплавной сварки с образованием сквозного отверстия: A: Направление сварки; B: Лазерный луч; C: Сквозное отверстие; D: Металлический пар, плазма; E: Защитный газ; F: Передняя стенка сквозного отверстия (предварительная шлифовка расплава); G: Горизонтальный поток расплавленного материала через сквозное отверстие; H: Граница затвердевания расплавленной ванны; I: Путь нисходящего потока расплавленной ванны.
Процесс взаимодействия лазера с материалом: Лазер воздействует на поверхность материала, вызывая интенсивную абляцию. Материал сначала нагревается, плавится и испаряется. В процессе интенсивного испарения пары металла поднимаются вверх, создавая в расплавленной ванне давление отдачи, в результате чего образуется сквозное отверстие. Лазер проникает в это отверстие и подвергается многократным процессам излучения и поглощения, обеспечивая непрерывную подачу паров металла, поддерживающих это отверстие; лазер воздействует в основном на переднюю стенку отверстия, и испарение происходит преимущественно на передней стенке. Давление отдачи выталкивает жидкий металл от передней стенки отверстия, заставляя его двигаться вокруг отверстия к хвостовой части расплавленной ванны. Жидкость, движущаяся с высокой скоростью вокруг отверстия, будет воздействовать на расплавленную ванну вверх, образуя волны. Затем, под действием поверхностного натяжения, она движется к краю и затвердевает в таком цикле. Разбрызгивание происходит в основном по краю отверстия замочной скважины, а жидкий металл на передней стенке с высокой скоростью обходит замочную скважину и влияет на положение расплавленного металла на задней стенке.
Дата публикации: 29 марта 2024 г.
