Tutkijat käyttivät tehokkaita röntgensäteitä saadakseen korkearesoluutioisia kuvia ARM-laserhitsausprosessista ja syventyivät hitsausprosessiin kehittääkseen parempia prosesseja.
Coherentin Applications Labin insinöörit ovat röntgensäteiden avulla tarkastelleet lähemmin kuitulaserhitsausprosessia.
Mitä tapahtuu laserhitsauksen pinnan alla?
Aiemmin tutkijat ovat tutkineet kuitulaserhitsausprosessia laajasti käyttämällä tavanomaista nopeaa videokuvaa. Nopea video tarjoaa referenssin hitsausprosessin aikana syntyneiden sulan metallin ja höyryaltaiden (kutsutaan "viaksiin") dynamiikan tutkimiseen.
Tyypillisesti osan päälle asetetaan kamera, joka tallentaa hitsin pinnalla tapahtuvan ylhäältä alas -perspektiivistä. Pienen reiän sisällä tapahtuu kuitenkin paljon enemmän kuin ylhäältä voi nähdä.
Kuinka voit todella ymmärtää osan sisällä tapahtuvia muutoksia? Ihmiset ovat tehneet tämän aiemmin röntgenvideoilla. Mutta nämä videot eivät koskaan antaneet tarpeeksi yksityiskohtia, koska röntgenlähde ei ollut tarpeeksi tehokas.
Ilmenaun teknisen yliopiston Saksan tuotantoteknologiatiimin ja Hampurissa sijaitsevan Coherent Application Laboratoryn välisessä tutkimusyhteistyössä he visioivat käyttää röntgenlähdettä, joka on tehokkaampi kuin koskaan ennen nähdäkseen osan sisällä tapahtuvat muutokset. johtamalla se suoraan kiinteän metallin läpi. Tämä mahdollistaa korkearesoluutioisten kuvien katselun hitsausprosessista sivulta, jolloin on mahdollista nähdä pienten reikien tarkka muoto ja kehittyminen hitsausprosessin aikana.
ARM-kuitulaserhitsauksen suorituskyvyn parantaminen
Tiimi käytti tätä lähestymistapaa tutkiessaan Coherent Tunable Anular Mode Fiber Laser (FL-ARM) toimintaa, joka tuotti uskomattomia tuloksia - erittäin lujien terästen halkeamatonta hitsausta, alumiinin hitsausta ilman lisäainelankaa ja onnistuneen kuparin hitsauksen. Tämä johtui suurelta osin ARM-laserin kyvystä ohjata tarkasti osan lämmitystä ja jäähdytystä hitsausprosessin aikana; Emme kuitenkaan täysin ymmärtäneet, miten tämä tapahtui, ja kunkin vaiheen vivahteita.
Ryhmä tutki kuitulaserien hitsausprosessia kuparin, alumiinin ja muiden erittäin ohuiden, lämpöherkkien ja vaikeammin hitsattavien levyjen hitsauksessa. He tarkastelivat syvemmin kaikkien näiden prosessien toimintaa visualisoimalla hitsausprosessin, paljastamalla pienten reikien dynamiikan ja ymmärtämällä erilaisten ARM-lasertehojakaumien vaikutusta roiskeiden muodostumiseen kuparimateriaalien hitsauksen aikana. Tutkimuksen perimmäisenä tavoitteena on parantaa hitsaustuloksia ja kehittää luotettavampia tuotantomenetelmiä.
Euroopan synkrotronisäteilylaitteet
Maailmassa on vain kourallinen laitteita, jotka voivat tuottaa riittävän tehokkaita röntgensäteitä suorittamaan tiimin tarvitseman kuvantamisen. Yksi tunnetuimmista tehokkaiden röntgensäteiden lähteistä on Grenoblessa, Ranskassa, European Synchrotron Radiation Facility Extremely Bright Source (ESRF-EBS), joka on erikoistunut palvelemaan tutkijoita niinkin moninaisilla aloilla kuin terveys, puhdas energia, materiaalitiede ja taiteet ja antropologia, ja sitä on käytetty jopa mehiläispesien ja 119-miljoona vuotta vanhojen kalafossiilien tutkimiseen.
Synkrotroni itsessään on putki, jonka ympärysmitta on 844 metriä ja jonka sisäinen tyhjiö on erittäin korkea. Elektronit ympäröivät sitä ja kiihtyvät lähelle valonnopeutta. Renkaan ympärillä olevia magneetteja käytetään saamaan elektronit muuttamaan nopeasti kulkusuuntaansa, ja kun näin tapahtuu, elektronit lähettävät epätavallisen korkean energian röntgensäteitä.
Nämä röntgensäteet suunnataan sitten alaspäin yhteen tai useampaan 44 erilaisesta "sädelinjasta". Nämä sädelinjat sijaitsevat laboratorioissa ja laitteissa, joissa varsinainen tutkimus tapahtuu.
Kuva 1: Coherent Applications Laboratoryn insinöörit käyttivät erittäin tehokkaita röntgensäteitä saadakseen korkearesoluutioisen poikkileikkauskuvan ARM-laserhitsausprosessista Euroopan synkrotronisäteilylaitoksessa.
Coherent Applications Lab -tiimi kokosi hitsauskokoonpanon, joka sisälsi 8 kW:n HighLight FL-ARM -kuitulaserin. Pieni ryhmä Ilmenaun teknillisen yliopiston tuotantoteknologiatiimin tutkijoita rakensi mekanismin, joka pitää ja siirtää osia automaattisesti hitsausprosessin aikana, sekä fokusointioptiikan ja apukaasunsyöttöjärjestelmän.
Kaikki nämä laitteet tuotiin ESRF:ään ja sijoitettiin yhteen sädelinjasta "koekammioon" (huone, joka oli täysin koteloitu 75 mm paksulla kiinteällä lyijysuojalla). Tutkijat istuivat turvallisesti toisessa huoneessa jonkin matkan päässä ja suorittivat tietokoneohjattua juottamista samalla, kun he altistivat laitteen röntgensäteille. Kamerajärjestelmä, joka muuntaa röntgensäteet näkyväksi valoksi, tallentaa hitsaustoiminnan nopeudella 50,000 kuvaa sekunnissa. Tiimi suoritti satoja yksittäisiä hitsaustestejä useille eri metalleille, mukaan lukien ruostumaton teräs, kupari ja alumiini.
Mitä tietoja tämä prosessi antoi? Se on 14 teratavua analysoitavaa dataa, ja tähän kysymykseen vastaaminen kestää jonkin aikaa. Mutta kuten olemme nähneet, kuparikiskohitsaustesteissä video osoittaa selvästi, että: oikealla tehonjaolla (keskipalkissa ja rengaspalkissa suunnilleen sama teho) pienet reiät käyttäytyvät vakaasti, eikä pohjassa ole puristusta. pienistä reikistä; sitä vastoin, kun keskipisteteho on liian korkea, kapillaarit supistuvat pohjassa, mikä johtaa roiskeisiin ja ilma-aukkojen muodostumiseen; ja jos rengasteho on liian suuri, sula materiaali vuotaa yli pieniin reikiin, haihtuu yhtäkkiä ja johtaa materiaalin ulostyöntymiseen.
Lisäksi ryhmä tutki suojakaasun vaikutusta kapillaariputken muodostumiseen, ja nämä havainnot antavat syvemmän käsityksen profiilien hitsauksesta.
Tietojen lisäanalyysi auttaa saamaan paremman ja tarkemman käsityksen siitä, kuinka keski- ja rengaspalkkien väliset tehosuhteet vaikuttavat erilaisten hitsausprosessien tuloksiin. Tämä tieto auttaa Coherent Application Labsia kehittämään vankempia ja johdonmukaisempia hitsausprosessikoostumuksia, jotka tarjoavat asiakkaille parempia ja jopa nopeampia hitsejä.
