بخشی از مقاله
چکیده:یک لیزر Nd:YAG تپی به منظور جوشکاري فولاد ضد زنگ SS-316 بکار گرفته شد و اثر انرژي و پهناي تپ لیزر بر عمق نفوذ و پهناي جوش مورد مطاله قرار گرفت. همچنین یک کد محاسباتی براي شبیه سازي مراحل تشکیل وپیشروي چاله کلیدي در حوضچه مذاب ایجاد شده در فلز ،مبتنی بر یک مدل هیدرودینامیکی به منظور پیشگویی عمق نفوذ و پهناي جوش، شرح داده شده است. عمق نفوذ و پهناي جوش پیش بینی شده به وسیله مدل در توافق خوبی با نتایج تجربی، براي شرایط مختلف جوشکاري بود.
-1 مقدمه
فرآیند جوشکاري در دو رژیم مختلف انجام می شود. چنانچه شدت تابش کم باشد رژیم رسانشی حاکم است که بخشی از مادة کار ذوب شده و دو قطعه بهم متصل خواهد شد و فرآیند انتقال انرژي بصورت رسانش گرمایی در قطعه کار انجام می گیرد. از آنجا که بازتاب سطح فلز در مقایسه با رژیم دیگر که رژیم چاله کلیدي نامیده می شود بالا است بازده پایین میĤید. در شدتهاي به اندازه کافی بالا - شدت −2 6 w 10 به بالا - جوشکاري در رژیم چاله کلیدي انجام می گیرد و سطح حوضچه مذاب تبخیر شده حفره اي پر از بخار فلز و گاز کمکی در مرکز این حوضچه پدید میآید.
از آنجا که این حفره شبیه دام موثري، از بازتابش و به هدر رفتن انرژي باریکه لیزر جلوگیري میکند و بازده جذب انرژي یکباره افزایش یافته، عمق نفوذ زیاد میگردد. تا کنون تحقیقات فراوانی در زمینه هاي چگونگی شکلگیري چاله کلیدي، مدلسازي پایداري آن و اثر پارامترهاي لیزر روي عمق جوش صورت گرفته است که تمام این مطالعات به منظور بهینه سازي فرآیند و بالا بردن سرعت جوشکاري انجام شدهاند .[5-1]
ارائه یک مدل جامع که بتواند عمق نفوذ جوش رابر حسب پارامترهاي مختلف لیزر پیشگویی کند قویاً میتواند در بالا بردن کیفیت فرایند مفید باشد. در این مقاله به جوشکاري با استفاده از لیزر Nd:YAG تپی پرداخته شده و عمق نفوذو شکل چاله کلیدي به صورت تابعی از پارامترهاي لیزر اندازه گیري و نتایج با مدل مقایسه میگردد.
- 2 روش تجربی
یک لیزر Nd:YAG با طول تپ - msec - FWHM ،مدل IQL-10و توان میانگین 400 W به عنوان چشمه لیزر براي جوشکاري ورقهاي فولاد ضد زنگ SS-316 به ضخامت 2 mm بکار گرفته شد.. درتمامی آزمایشها از سامانه تمرکز باریکه لیزر با فاصله کانونی 75mm وشارش گاز محافظ آرگون Ar ، 10 lit/min استفاده شد.براي بررسی اثر چگالی توان و پهناي تپ لیزر بر عمق نفوذ ابتدا در یک پهناي تپ ثابت 8 ms، انرژي تپ لیزر از 3تا18 ژول تغییر داده شد وسپس در یک چگالی توان ثابت پهناي پالس لیزر از 2 تا 12ms جاروب گردید. ضمناً به منظور اندازه گیري عمق نفوذو تعیین حوضچه مذاب، خط جوش تحت برش عرضی قرار گرفت وبا محلول ترکیبی، حاوي اسیدهاي HCL,HCOOH,HNO3 خورش گردید. سپس عمق و پهناي جوش با استفاده از میکروسکوپ نوري اندازه گیري شد.
-3تئوري و معادلات حاکم بر مدل
درجوشکاري لیزري براي بازماندن و پیشروي چالهکلیدي، باید دو نیروي کشش سطحی وفشار بخار کندگی در حال تعادل باشند - نیروي کشش سطحی بر خلاف فشار بخار کندگی در جهت بسته شدن دهانه چاله عمل میکند - . درسرعتهاي جاروب لیزري پایینتر از 1cm/s، دو نیروي مذکور در حال تعادل وشکل چالهکلیدي متقارن وهم محور با باریکهلیزر فرض می شود .[2] در این مقاله، سرعت جوشکاري برابر./5 cm/s فرض شده است و در نتیجه چالهکلیدي متقارن است.
پارامتر دیگري که بر شکل چالهکلیدي وحوضچه مذاب اطراف آن اثرگذار میباشد، حرکتهاي چرخشی فلز مذاب درحوضچه است. این حرکتهاي چرخشی تحت ثاثیر نیرویهاي جاذبه، کشش سطحی به صورت اثر مارانگونی - Marangoni - و نیروي اصطکاکی بوجودمیآیندکه از بین این سه نیرو، کشش سطحی غالب است وباعث چرخشهایی با سرعت 100cm/s -10 می شود .[6]
