Definition von Spritzfehlern: Spritzer beim Schweißen beziehen sich auf die geschmolzenen Metalltröpfchen, die während des Schweißvorgangs aus dem Schmelzbad ausgestoßen werden. Diese Tröpfchen können auf die umgebende Arbeitsfläche fallen und zu Rauheit und Unebenheiten auf der Oberfläche führen. Außerdem können sie zu einem Verlust der Qualität des Schmelzbads führen, was zu Dellen, Explosionsstellen und anderen Defekten auf der Schweißoberfläche führt, die die mechanischen Eigenschaften der Schweißnaht beeinträchtigen .
Unter Spritzern beim Schweißen versteht man die geschmolzenen Metalltröpfchen, die während des Schweißvorgangs aus dem Schmelzbad austreten. Diese Tröpfchen können auf die umgebende Arbeitsfläche fallen und zu Rauheit und Unebenheiten auf der Oberfläche führen. Außerdem können sie zu einem Verlust der Qualität des Schmelzbads führen, was zu Dellen, Explosionsstellen und anderen Defekten auf der Schweißoberfläche führt, die die mechanischen Eigenschaften der Schweißnaht beeinträchtigen .
Spritzklassifizierung:
Kleine Spritzer: Erstarrungstropfen am Rand der Schweißnaht und auf der Materialoberfläche, die hauptsächlich das Aussehen beeinträchtigen und keinen Einfluss auf die Leistung haben; Im Allgemeinen liegt die Unterscheidungsgrenze darin, dass der Tropfen weniger als 20 % der Schweißnaht-Schmelzbreite ausmacht;
Große Spritzer: Es kommt zu Qualitätsverlusten, die sich in Form von Dellen, Explosionsstellen, Hinterschneidungen usw. auf der Oberfläche der Schweißnaht äußern, was zu ungleichmäßiger Beanspruchung und Beanspruchung führen und die Leistung der Schweißnaht beeinträchtigen kann. Das Hauptaugenmerk liegt auf solchen Mängeln.
Prozess des Auftretens von Spritzern:
Spritzer manifestieren sich durch das Einspritzen von geschmolzenem Metall in das Schmelzbad in einer Richtung, die aufgrund der hohen Beschleunigung etwa senkrecht zur Oberfläche der Schweißflüssigkeit verläuft. Dies ist in der Abbildung unten deutlich zu erkennen, wo die Flüssigkeitssäule aus der Schweißschmelze aufsteigt und in Tröpfchen zerfällt, die Spritzer bilden.
Spritzer-Ereignisszene
Das Laserschweißen wird in Wärmeleitfähigkeitsschweißen und Tiefschweißen unterteilt.
Beim Wärmeleitfähigkeitsschweißen treten nahezu keine Spritzer auf: Beim Wärmeleitfähigkeitsschweißen wird hauptsächlich Wärme von der Oberfläche des Materials in das Innere übertragen, wobei während des Prozesses nahezu keine Spritzer entstehen. Der Prozess beinhaltet keine starke Metallverdampfung oder physikalische metallurgische Reaktionen.
Tiefschweißen ist das Hauptszenario, in dem es zu Spritzern kommt: Beim Tiefschweißen dringt der Laser direkt in das Material ein und überträgt Wärme durch Schlüssellöcher auf das Material. Die Prozessreaktion ist intensiv, was es zum Hauptszenario macht, in dem es zu Spritzern kommt.
Wie in der obigen Abbildung gezeigt, verwenden einige Wissenschaftler Hochgeschwindigkeitsfotografie in Kombination mit transparentem Hochtemperaturglas, um den Bewegungsstatus des Schlüssellochs während des Laserschweißens zu beobachten. Es lässt sich feststellen, dass der Laser grundsätzlich auf die Vorderwand des Schlüssellochs trifft und die Flüssigkeit so drückt, dass sie nach unten fließt, das Schlüsselloch umgeht und den Schwanz des geschmolzenen Pools erreicht. Die Position, an der der Laser im Schlüsselloch empfangen wird, ist nicht festgelegt und der Laser befindet sich im Schlüsselloch in einem Fresnel-Absorptionszustand. Tatsächlich handelt es sich um einen Zustand mehrfacher Brechung und Absorption, der die Existenz der geschmolzenen Poolflüssigkeit aufrechterhält. Die Position der Laserbrechung ändert sich bei jedem Vorgang mit dem Winkel der Schlüssellochwand, wodurch sich das Schlüsselloch in einem Drehbewegungszustand befindet. Die Laserbestrahlungsposition schmilzt, verdampft, wird einer Kraft ausgesetzt und verformt sich, sodass sich die peristaltische Vibration vorwärts bewegt.
Der oben erwähnte Vergleich verwendet hochtemperaturtransparentes Glas, was tatsächlich einer Querschnittsansicht des geschmolzenen Pools entspricht. Schließlich unterscheidet sich der Fließzustand des Schmelzbades von der realen Situation. Daher haben einige Wissenschaftler die Schnellgefriertechnologie eingesetzt. Während des Schweißvorgangs wird das Schmelzbad schnell gefriert, um im Schlüsselloch den augenblicklichen Zustand zu erreichen. Es ist deutlich zu erkennen, dass der Laser auf die Vorderwand des Schlüssellochs trifft und eine Stufe bildet. Der Laser wirkt auf diese Stufenrille, drückt das Schmelzbad so, dass es nach unten fließt, füllt den Schlüssellochspalt während der Vorwärtsbewegung des Lasers und erhält so das ungefähre Strömungsrichtungsdiagramm der Strömung im Schlüsselloch des echten Schmelzbades. Wie in der rechten Abbildung dargestellt, treibt der durch die Laserablation von flüssigem Metall erzeugte Metallrückstoßdruck das flüssige Schmelzbad dazu, die Vorderwand zu umgehen. Das Schlüsselloch bewegt sich in Richtung des Schwanzes des Schmelzbades, schießt von hinten wie eine Fontäne nach oben und trifft auf die Oberfläche des Schwanzes des Schmelzbades. Gleichzeitig wird aufgrund der Oberflächenspannung (je niedriger die Oberflächenspannungstemperatur, desto größer der Aufprall) das flüssige Metall im hinteren Schmelzbad durch die Oberflächenspannung angezogen, um sich in Richtung des Randes des Schmelzbades zu bewegen und sich kontinuierlich zu verfestigen . Das flüssige Metall, das in der Zukunft erstarren kann, zirkuliert zurück zum Ende des Schlüssellochs und so weiter.
Schematische Darstellung des Laser-Schlüsselloch-Tiefschweißens: A: Schweißrichtung; B: Laserstrahl; C: Schlüsselloch; D: Metalldampf, Plasma; E: Schutzgas; F: Schlüsselloch-Vorderwand (Vorschmelzschleifen); G: Horizontaler Fluss des geschmolzenen Materials durch den Schlüssellochpfad; H: Schmelzbad-Erstarrungsgrenzfläche; I: Der Abwärtsströmungsweg des Schmelzbades.
Der Wechselwirkungsprozess zwischen Laser und Material: Der Laser wirkt auf die Oberfläche des Materials und erzeugt einen intensiven Abtrag. Das Material wird zunächst erhitzt, geschmolzen und verdampft. Während des intensiven Verdampfungsprozesses bewegt sich der Metalldampf nach oben und verleiht dem Schmelzbad einen Rückstoßdruck nach unten, wodurch ein Schlüsselloch entsteht. Der Laser dringt in das Schlüsselloch ein und durchläuft mehrere Emissions- und Absorptionsprozesse, was zu einer kontinuierlichen Zufuhr von Metalldampf führt, der das Schlüsselloch aufrechterhält; Der Laser wirkt hauptsächlich auf die Vorderwand des Schlüssellochs und die Verdunstung erfolgt hauptsächlich an der Vorderwand des Schlüssellochs. Der Rückstoßdruck drückt das flüssige Metall von der Vorderwand des Schlüssellochs und bewegt sich um das Schlüsselloch herum zum Ende des Schmelzbads. Die Flüssigkeit, die sich mit hoher Geschwindigkeit um das Schlüsselloch bewegt, prallt auf das Schmelzbad nach oben und bildet erhöhte Wellen. Dann bewegt es sich, getrieben durch die Oberflächenspannung, zum Rand und verfestigt sich in einem solchen Zyklus. Spritzer treten hauptsächlich am Rand der Schlüssellochöffnung auf, und das flüssige Metall an der Vorderwand umgeht mit hoher Geschwindigkeit das Schlüsselloch und beeinflusst die Position des Schmelzbads an der Rückwand.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 29. März 2024
