01 Inngangur
Við framleiðslu á stórum íhlutum eins og háhraðalesta, skipasmíði og orkubúnaði er þykkplötusuðu eitt af lykilferlunum. Hins vegar, vegna takmarkana á nákvæmni vinnslu, samsetningarvillna og hitauppstreymis meðan á suðuferlinu stendur, breytist suðubilið oft. Þegar bilið á milli plata er lítið er líklegt að ófullkomið gegnumbrot eða rótargárur komi fram, en stór bil hafa tilhneigingu til að leiða til þess að suðu hrynji. Núverandi rannsóknir byggja að mestu á stöðugum bilum og rannsóknum á suðu með breytilegum bilum er tiltölulega ábótavant. Sérstaklega, í leysiboga blendingssuðu, er það enn áskorun í verkfræðilegri notkun að ná bæði gárabælingu undir litlum bilum og góða brúunargetu undir stórum bilum. Þessi rannsókn beinist að 12 mm -þykkt veðrunarstál, sem miðar að því að skýra suðumyndun og bælingubúnað við galla við sveifluleysis-boga blendingssuðu við breytileg bilaðstæður, veita fræðilegan og ferlisstuðning fyrir þykka plötusuðu með breytilegum bilum og stuðla að frekari iðnaðarbeitingu og innleiðingu sveifluleysis-boga blendingssuðutækni.
02 Yfirlit yfir heildartexta
Þessi rannsókn fjallar um áskoranir rótarhnúða og ófullnægjandi brúargetu í þykkri stálplötu með breytilegum-bili leysir-bogablendingssuðu og rannsakar kerfisbundið hvernig sveifluleysir hafa áhrif á suðuferlið. Tilraunagrunnefnið var 12 mm þykkt S355J2W veðrunarstál. Blandað suðukerfi var smíðað með því að nota TruDisk-10002 trefjaleysi (hámarksafl 10 kW, bylgjulengd 1070 nm) ásamt bogsuðubúnaði, með stöðugu breytilegu samsetningarbili (0 - 3 mm) stillt meðfram öllum suðusaumnum til að líkja eftir raunverulegum framleiðsluskilyrðum{{17} Meðan á rannsókninni stóð var leysirafli (6,5 kW), suðuhraði (16 mm/s) og vírspennuhraði (10 m/mín.) haldið stöðugum, með leysisveiflubreytum (amplitude, tíðni) sem kjarnastýrðar breytur í tilraununum. Háhraðaljósmyndun var notuð til að skrá samstillt hegðun bræddu laugarinnar og formgerð boga á fram- og bakhlið suðunnar. Að auki var PIVlab verkfærakassinn í MATLAB notaður til að framkvæma kross-fylgnigreiningu á háhraða myndefni bráðnu laugarinnar, og draga magnlega út hraðasvið fljótandi málms og hvirfilsvið við myndun hnúkna. Þessi aðferð breytir gögnum um flæðissýni í mælanlegar eðlisfræðilegar breytur (hraði, hvirfilbylgjur), sem veitir traustan gagnastuðning til að sýna hvernig hnúðmyndun er. Varðandi greiningu á formgerð boga mátu vísindamennirnir nákvæmlega áhrif sveifluleysisins á hegðun boga með því að reikna út staðalfrávik bogabeygjuhornsins. Að lokum, með sveiflubreytum 1,5 mm amplitude og 200 Hz tíðni, náðist góð suðumyndun án hnúka eða hruns yfir breytilegt bil á bilinu 0-2,5 mm. Alhliða greining benti til þess að lokun skráargatsins leiði til rótarhöggsmyndunar, en sveifluleysirinn bælir á áhrifaríkan hátt hnúfumyndun með því að koma á stöðugleika í skráargatinu, bæta vökva bræddu laugarinnar og auka yfirborðsspennu við hala bræddu laugarinnar.
Mynd 03 sýnir beinan samanburð á afgerandi áhrifum mismunandi sveiflustærða á myndun breytilegra -bilsuðu. Án leysisveiflu myndast rótarhnúður við lítið bil (1 mm) og þegar bilið stækkar kemur yfirborðshrun í ljós, sem gefur til kynna lélega bilaðlögunarhæfni. Breyting á leysisveiflubreytum bætir myndun fram-hliðar, en bakhliðin hefur enn hnúða eða suðuna verður þrengri. Lokabreyturnar eru 1,5 mm amplitude og 200 Hz tíðni. Innan alls breytilegs bilsviðs{10}} næst frábærar suðu án hnúka eða hruns á báðum hliðum, sem sýnir lykilhlutverkið við að fínstilla sveiflubreytur.
Mynd 1. Suðumyndun undir mismunandi suðubreytum. Suðubreiddin er breytileg frá 0 mm til 3 mm eftir suðustefnunni: (a) Engin sveifla; (b) Sveifluamplitude 1 mm, tíðni 100 Hz; (c) Sveifluamplitude 1,5 mm, tíðni 100 Hz; (d) Sveifluamplitude 1,5 mm, tíðni 200 Hz.
Mynd 2 sýnir að innan einni lotu, án sveiflu, sveigir boginn óreglulega til vinstri og hægri, en með sveifluleysi er boginn stöðugur í miðju, með fullri og stöðugri lögun, og sýnir enga marktæka hliðarbeygju. Þetta sýnir að við aðstæður án sveifluleysis er stóra bilið sjálft grundvallarorsök óstöðugleika í bogalögun. Boginn hefur tilhneigingu til að leita að næstu leiðandi leið (þ.e. hliðarvegg grópsins), sem leiðir til ójafnrar upphitunar. Innleiðing sveifluleysis, burtséð frá því hvort færibreytur eru ákjósanlegar, getur dregið mjög úr hliðarbeygju ljósbogans og haldið honum stöðugum í miðju suðunnar.
Mynd 2. Formgerð suðu við mismunandi suðuhraða: (a) 1,5 m/mín (b) 1,8 m/mín (c) 2,1 m/mín.
Mynd 3 sýnir magn sveigjubogans. Án leysisveiflu er staðalfrávik sveigjuhornsins 23,6 gráður, sem gefur til kynna alvarlegar sveiflur í boga; eftir notkun sveifluleysis lækkar staðalfrávikið í 3,5 gráður og stöðugleiki batnar um 85,2%. Þetta gefur gögn sönnunargögn um að "sveifla leysir getur verulega stöðugleika boga."
Mynd 3. Mæling á sveigjuhorni boga sex sinnum undir 2,5 mm bili: (a) Skýringarmynd af sveigjuhorni boga; (b) Stig bogabeygju við mismunandi færibreytur. Mismunurinn á milli 1 og 2 táknar hversu sveigjanlegt er boga.
Mynd 4 sýnir að á meðan á suðuferlinu stendur flæðir bráðinn málmur í átt að skráargatinu í formi bylgna sem veldur því að skráargatið sveiflast kröftuglega og hrynur. Lasersveifla getur aukið hitauppstreymi í bráðnu lauginni og myndað hvirfla nálægt skráargatinu. Bræddur málmur flæðir frá í kringum skráargatið til hala þess, dregur úr höggi dropa og heldur skráargatinu stöðugu opnu. Þetta gefur til kynna að sveifluleysir geti komið á stöðugleika í suðuferlinu með því að breyta flæðisviði bráðnu laugarinnar.
Mynd 4. Bræðsluvatnsflæði frá tíma T0 til T0 + 2.7 ms við núllbil: (a) Engin leysisveifla; (b) Amplitude 1 mm, tíðni 100 Hz; (c) Amplitude 1,5 mm, tíðni 200 Hz. Gular og grænar örvar gefa til kynna hvirflana sem myndast af sveifluleysinu og flæðisstefnu bráðna málmsins, í sömu röð; hvítar og appelsínugular línur gefa til kynna skráargatið og bráðna dropana, í sömu röð.
Mynd 5 sýnir kraftmikla hegðun bráðna málmsins í suðulauginni við ó-bjartsýni sveiflubreytur (amplitude 1 mm, tíðni 100 Hz) þegar rótarhnúðurinn er að myndast, og ýtir undir rannsókn á suðugöllum frá stórsæjum formfræðilegri athugun yfir í nýtt stig magnfræðilegrar vökvavirknigreiningar. Hraðadreifingin sýnir stefnu og stærð bráðna málmflæðisins innan suðulaugarinnar, en hraðasviðið sýnir innsæi dreifingu flæðishraða í stað. Á sama tíma eru mikil hvirfilgildi á hnúfumyndunarsvæðinu, sem gefur til kynna sterkt snúnings- eða klippflæði vökvans þar. Þetta snúningsflæðismynstur stuðlar að uppsöfnun og óstöðugum vexti bráðins málms, sem er dæmigert flæðisvið sem einkennir hnúðmyndun.
Mynd 5. Hraðamæling agnamynda kemur fram á mismunandi augnablikum við myndun rótarhnúðs: (a) dreifing hraðavigrar; (b) dreifing hraðasviðs; (c) dreifing hvirfilsviðs. Gular og hvítar strikalínur gefa til kynna útlínur hnúfsins.
04 Samantekt: Þessi rannsókn fjallar um áskoranir iðnaðarins sem felast í rótarhumlum og ófullnægjandi bil-brúunargetu í þykkum plötubreytilegum-bili leysir-blendingssuðu. Með kerfisbundnum tilraunum ásamt háþróaðri greiningaraðferðum eins og háhraðamyndatöku og agnamyndahraðamælingu, kom í ljós gallabælingarbúnaður sveifluleysis. Niðurstöðurnar benda til þess að undir bjartsýni sveiflubreytum, eykur leysirinn, með því að stækka og koma skráargatinu á stöðugleika, verulega á ljósbogaleiðandi rásina, dregur úr sveigjuboga um 85,2%, og stöðugir þannig bogahegðun. Á sama tíma breytir sveifluleysirinn flæðisviði bræðslulaugarinnar, myndar stöðugan hvirfil og viðheldur opnu skráargati, og nær að lokum hágæða suðu lausar við hnúða og hrynur á breytilegu bili sem er 0-2,5 mm. Þessi rannsókn dýpkar ekki aðeins fræðilegan skilning á myndunar- og bælingaraðferðum suðugalla frá sjónarhóli vökvavirkni heldur veitir hún einnig áreiðanlegt ferlikerfi og fræðilegan grunn til að leysa breytilegar -bilsuðuáskoranir í framleiðslu stórra íhluta, sem er mikils virði til að stuðla að beitingu leysiboga blendingssuðutækni í stórum verkfræðiverkefnum.
