01Introducción al artículo
Las aleaciones de aluminio, debido a su alta reflectividad y alta conductividad térmica, tienden a producir salpicaduras en la soldadura láser tradicional debido a una densidad de energía excesiva y orificios de cerradura inestables, lo que afecta la calidad de la soldadura y el rendimiento de los componentes. Este estudio investiga el mecanismo a través de experimentos (estableciendo diferentes potencias totales del láser, relaciones de potencia del núcleo/anillo y velocidades de soldadura, observando columnas de vapor y dinámica de salpicaduras con una cámara de alta-velocidad y analizando la morfología de la soldadura con un microscopio de ultra-profundidad-de-campo) y simulaciones numéricas acopladas multifísicas transitorias tridimensionales-. Revela que el láser anular precalienta el borde frontal del baño fundido, reduciendo las fluctuaciones en la absorción del láser y estabilizando la expulsión de la columna de vapor para suprimir las salpicaduras. Además, se estableció un modelo cuantitativo que vincula la temperatura de precalentamiento con la potencia total, la relación de potencia del anillo y la velocidad de soldadura, lo que sugiere que la temperatura de precalentamiento debe estar dentro del rango entre los puntos de fusión y ebullición del material base. El estudio deriva criterios para seleccionar parámetros de proceso libres de salpicaduras-y los experimentos confirman que las salpicaduras se reducen significativamente dentro de este rango de parámetros, lo que proporciona orientación teórica y estrategias de aplicación industrial para la soldadura láser de alta-calidad de aleaciones altamente reflectantes.
02Resumen
Este artículo se basa en un método que combina experimentos y simulación numérica acoplada multifísica transitoria tridimensional-. El experimento se centró en placas de aleación de aluminio 6061, estableciendo seis relaciones de potencia núcleo/anillo (10:0 a 0:10), tres velocidades de soldadura (40 mm/s, 60 mm/s, 80 mm/s) y una potencia láser total fija (6000 W). Se utilizaron cámaras de alta-velocidad para observar columnas de vapor y salpicaduras, microscopios de ultra-profundidad-de-campo para analizar la morfología de la soldadura y se diseñó un experimento comparativo con energía central fija. La simulación numérica utilizó un modelo CFD para simular el flujo de calor de la piscina de fusión, la absorción del láser y otros procesos físicos. Los experimentos encontraron que cuanto mayor era la proporción de potencia del láser de anillo, más uniforme era la superficie de soldadura (la diferencia entre picos y valles se redujo de 1,40 mm a 0,41 mm) y la frecuencia de salpicaduras disminuyó en un 65 %. También reveló que el láser de anillo precalienta la parte frontal del baño derretido, reduce el rango de fluctuación de la absorción del láser y estabiliza la columna de vapor, lo que suprime las salpicaduras. Finalmente, se estableció un modelo cuantitativo de la temperatura de precalentamiento y los parámetros del proceso, sugiriendo que la temperatura de precalentamiento debe estar entre el punto de fusión y el punto de ebullición del material base. Se derivaron y verificaron parámetros de proceso sin salpicaduras, lo que proporcionó una guía teórica para la soldadura láser sin salpicaduras de aleaciones de aluminio.
03 Análisis de imágenes y textos
La Figura 1 contiene dos piezas principales de información: primero, la Figura 1(a) presenta la configuración principal del hardware de la soldadura láser en modo de anillo-ajustable, incluidas las posiciones y conexiones de componentes como el dispositivo láser de fibra programable CFX-8000, el robot, el cabezal de procesamiento láser y la cámara de alta-velocidad, lo que aclara la lógica operativa de la configuración experimental y proporciona la base del hardware para ajustes de parámetros experimentales posteriores y observaciones de salpicaduras y columnas de vapor, asegurando la estandarización de las operaciones experimentales y recopilación de datos; en segundo lugar, la Figura 1(b) visualiza procesos físicos clave en la soldadura láser, como el cambio de fase, la absorción del láser y la dinámica del vapor, construyendo un marco físico para la interacción entre el láser y los materiales, proporcionando una base teórica para simulaciones numéricas tridimensionales transitorias multifísicas acopladas a campos y ayudando a comprender los mecanismos subyacentes de la formación de salpicaduras.
04Conclusión
Este estudio se centra en el problema de las salpicaduras en la soldadura láser anular ajustable de aleaciones de aluminio. A través de experimentos (estableciendo diferentes relaciones de potencia de núcleo/anillo, velocidades de soldadura, combinados con observación usando cámaras de alta-velocidad y profundidad-de-microscopios de campo extendidos) y simulaciones numéricas multifísicas transitorias tridimensionales-, se descubrió el mecanismo por el cual los láseres anulares suprimen las salpicaduras-al precalentar el borde frontal del baño fundido, reducir las fluctuaciones en la absorción del láser y estabilizar el vapor. penacho-fue revelado. Se estableció un modelo cuantitativo que relaciona la temperatura de precalentamiento con los parámetros del proceso, proponiendo que la temperatura de precalentamiento debe estar entre el punto de fusión y el punto de ebullición del material base. No se derivaron ni verificaron experimentalmente criterios de parámetros del proceso de salpicaduras, lo que aclaró el rango de selección de parámetros para la soldadura sin salpicaduras de aleaciones de aluminio. Esto puede guiar a las industrias que dependen de componentes de aluminio livianos, como la fabricación de automóviles, para abordar los problemas comunes de altas salpicaduras y mala calidad de la soldadura en la soldadura láser convencional, promoviendo el desarrollo de aplicaciones industriales de soldadura láser de aleaciones de aluminio de alta-calidad y estabilidad.
