Forschung zur Laserschweiß-Schmelztechnologie

Um die Bildung kleiner Löcher beim Laser-Tiefschmelzschweißen von Titanlegierungen sowie das Strömungsgeschwindigkeitsfeld zu simulieren, empfiehlt es sich, ein kombiniertes Wärmequellenmodell bestehend aus einer rotierenden Gaußschen Körperwärmequelle und einer Doppelellipsoidkörperwärmequelle zu verwenden das geschweißte Schmelzbad. Das Körperwärmequellenmodell kann den grundlegenden physikalischen Prozess des Laser-Tiefschmelzschweißprozesses widerspiegeln und spiegelt auch die Simulationseigenschaften der Kontrollvolumenmethode wider.
Beim vollständig durchdringenden Laser-Tiefschmelzschweißverfahren ist der Durchmesser des kleinen Lochs nicht sehr empfindlich gegenüber der Laserleistung, während sich der Neigungswinkel des kleinen Lochs mit zunehmender Laserschweißgeschwindigkeit sehr stark ändert. Unter der Bedingung eines konstanten Luftstromdrucks im kleinen Loch hat der durch die Krümmung der freien Oberfläche des kleinen Lochs verursachte Oberflächenspannungsdruck einen großen Zusammenhang mit der Schweißgeschwindigkeit. Mit zunehmender Schweißgeschwindigkeit nimmt die Stabilität kleiner Löcher allmählich ab.
Laser-Tiefschmelzschweißen des Schmelzbades mit maximaler Strömungsgeschwindigkeit auf der Oberfläche, Marangoni-Kraft auf der Oberfläche des Schmelzbades der konvektiven Wärmeübertragung spielt eine dominierende Rolle. Unter der Wirkung der sich bewegenden Wärmequelle entwickelte sich der Marangoni-Strom von der symmetrischen Form um das Lasererwärmungszentrum zu einer Kaulquappenform mit der Längsachsenrichtung des Schmelzbades parallel zur Schweißrichtung. In der Breite des Schmelzbads von der Oberfläche zum Schmelzbad beträgt die Breite 1/2, da der Radius der Geschwindigkeit des „virtuellen Kreises“ größer ist. In diesem „virtuellen“ Kreis nimmt die Fließgeschwindigkeit der Schmelzbadflüssigkeit allmählich ab Schweißbad, die Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit ist deutlich geringer als die Oberfläche des Schmelzbades, aber viel größer als der Wert der Schweißgeschwindigkeit. Der Wert der Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit an der Rückseite des Schmelzbades ist größer als der Wert der Strömungsgeschwindigkeit das Metall im Schmelzbad.
Form und Größe des Schweißbades stimmen gut mit der Größe und Position des Strömungsgeschwindigkeitswirbels des Schmelzbades überein. Der Schmelzbadwirbel ist eine Marangoni-Strömung und die Fest-Flüssigkeits-Grenzfläche des Rückstoßes der gemeinsamen Wirkung der Ergebnisse, Auftrieb und Schwerkraft spielen nur eine unterstützende Rolle. Das Vorhandensein des Strömungswirbels der Schmelzbadflüssigkeit hat die konvektive Wärmeübertragung zwischen der Hochtemperatur-Metallflüssigkeit und der kalten Flüssigkeit erheblich verbessert, was sich direkt auf die Größe der Form des Schweißbades auswirkt.
Die Parameter des seitlich blasenden Hilfsluftstroms beim Laser-Tiefschmelzschweißen sind einer der Hauptfaktoren zur Bestimmung der Größe des geschützten Schweißbadbereichs und zur Reduzierung des Plasmarauchstroms aus dem Ausbruch kleiner Löcher. Die Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit in der Nähe des Plasmarauchstroms begünstigt die konvektive Wärmeableitung, was wiederum die Wahrscheinlichkeit einer Verbindung zwischen positiven und negativen Plasmaionen erhöht und so die Verbesserung der Schweißqualität erleichtert. Es besteht ein großer Unterschied zwischen dem Komponentenströmungsfeld, bei dem der Hilfsgasstrom Helium ist, und dem Strömungsfeld, bei dem der Hilfsgasstrom Xenon ist. Aus Sicht der Schutzgebietsgröße ist der Schutz von Gas dem von Gas überlegen.