Этот проект направлен на изучение металлургических и механических характеристик непрерывных лазерных сварных швов AISI 304L в различных положениях сварки, режимах лазерного луча и параметрах сварки, используемых для надлежащего использования преимуществ, предлагаемых методом, для создания моделей для прогнозирования характеристик сварного шва для стыковых сварных швов. и сварки внахлестку, не прибегая к трудоемкому и дорогостоящему процессу проб и ошибок. Для получения точных и надежных моделей прогнозирования был принят трехэтапный организованный подход, позволяющий получить наилучшие механические и микроструктурные характеристики при непрерывной лазерной сварке двух пластин AISI 304L толщиной 2 мм. микроструктурные исследования, были проведены испытания на микротвердость и растяжение для оценки изменений четырех показателей качества сварного шва (ширина валика, глубина проплавления, предел прочности при растяжении/прочность и микротвердость). Механические свойства сварных швов описывались в терминах предела прочности при растяжении, предельных растягивающих усилий и профилей микротвердости. Влияние параметров сварки волоконным непрерывным лазером мощностью 3 кВт (мощность сварки, скорость сварки, диаметр фокуса, частота сварки и давление защитного газа) на характеристики лазерной сварки нержавеющей стали AISI 304L было изучено с использованием метода планирования экспериментов Тагучи.
Влияние рассматриваемых параметров сварки и их вклад в изменение различных характеристик сварного шва анализируются с помощью дисперсионного анализа. Этот проект расширяет традиционный метод оптимизации механических характеристик путем статистического определения основных эффектов параметров сварки, положений сварки и диаграмм направленности лазерного луча, что позволяет проводить более глубокий анализ, в котором экспериментальные результаты статистически коррелируют с переменными параметрами используемой машины. Три параметра сварки, каждый из которых имеет три уровня, использовались на первом этапе в конфигурации с перекрытием. Эксперименты по измерению значений предела прочности при растяжении сварных образцов были спланированы по плану Эксперименты Тагучи и результаты были проанализированы с использованием метода ANOVA, визуализировались микроструктура сваренных образцов, а также микротвердость зоны сварки. При этом колеблющийся лазерный луч использовался в двух различных схемах (треугольной и квадратной) с тремя параметрами сварки, а также тремя уровнями для каждого из них на втором этапе в стыковой конфигурации. Для сварных образцов были измерены и проанализированы значения микроструктуры, микротвердости и предела прочности при растяжении, и было обнаружено, что квадратная форма имеет лучшие механические свойства и характеристики, чем треугольная форма, а значения предела прочности при растяжении были намного выше. выше, чем на первом этапе. Окончательно, третий этап был усовершенствованием второго этапа, когда в процессе сварки добавлялся защитный газ, а также увеличивался диапазон всех параметров сварки до четырех различных уровней. Этот этап привел к увеличению значения максимального напряжения, полученного на втором этапе, и, как следствие этого, эти этапы рассматриваются как этапы развития механических свойств и микроструктуры листов AISI 304L, сваренных непрерывной лазерной сваркой. . . .
Эксперименты по измерению предельных значений силы растяжения сварных образцов были разработаны в соответствии с планом экспериментов Тагучи, и результаты были проанализированы с использованием метода ANOVA, микроструктура сваренных образцов была просмотрена в дополнение к микротвердости области сварки. Тогда как колеблющийся лазерный луч использовался в двух различных формах (треугольной и квадратной) с тремя параметрами сварки, а также тремя уровнями для каждого из них на втором этапе в стыковой конфигурации. Для сварных образцов были измерены и проанализированы значения микроструктуры, микротвердости и предела прочности при растяжении, и было обнаружено, что квадратная форма имеет лучшие механические свойства и характеристики, чем треугольная форма, а значения предела прочности при растяжении были намного выше, чем у сварных образцов. первая ступень. Наконец, третий этап был этапом усовершенствования второго этапа, при котором защитный газ добавлялся в процессе сварки, в дополнение к увеличению диапазона всех параметров сварки до четырех различных уровней, этот этап привел к увеличению значения максимальное напряжение, полученное на втором этапе,
Лазерная сварка (SFL) становится одним из нетрадиционных и нетрадиционных методов, используемых в качестве эффективного метода соединения в промышленности благодаря своей производительности и высокой гибкости. Сварка лазерным лучом обеспечивает концентрированный источник тепла, позволяющий выполнять узкие, глубокие швы и высокую скорость сварки, что приводит к небольшим зонам термического влияния (ЗТВ). Поэтому он часто используется в крупномасштабных приложениях с использованием автоматизации, например, в автомобильной промышленности для сварки, резки, сверления и обработки поверхности широкого спектра технических материалов. Потенциал SFL для толстых секций может быть реализован во многих промышленных приложениях, таких как электростанции, судостроение и трубопроводы. Широкий спектр материалов может быть соединен лазером из одинаковых металлов, разнородных металлов, сплавов и неметаллов. Сварочные процессы могут осуществляться с использованием различных источников энергии: от газового пламени и электронной дуги до электронного или лазерного луча и ультразвука. Среди используемых источников энергии лазерный луч выделяется самой высокой доступной в настоящее время в промышленности плотностью мощности (до 109 Вт/см2) и способностью фокусироваться на малой точке (до 0,1 мм. Металлы наполнителя не требуется, а высокая скорость охлаждения способствует формированию тонкой микроструктуры для повышения прочности материала без проведения отделочных операций. Исследовано влияние параметров лазерного процесса, а именно мощности, скорости, фокусного диаметра, частоты и давления аргона, на прочность паяного соединения при растяжении. Механические характеристики сварного шва, полученного с помощью лазера, в основном зависят от размеров наплавленного валика, которые, в свою очередь, зависят от параметров процесса. Эта работа посвящена влиянию параметров процесса сварки на механические и металлургические свойства нержавеющей стали AISI 304L при различных условиях сварки с целью улучшения ее механических характеристик. для максимального проникновения и минимизации как ширины зоны сплавления, так и ширины зоны термического влияния (ЗТВ).
Для достижения этих целей были разработаны математические модели, связывающие важные параметры наплавленного валика и входные параметры лазерной сварки. Разработанные и оптимизированные математические модели очень полезны для определения правильной и оптимальной комбинации входных параметров лазерной сварки, чтобы получить превосходное качество сварки при относительно низких затратах. 2 Дизайн экспериментов (DOE) и статистические методы широко используются для оптимизации параметров процесса. В этом исследовании, параметры процесса лазерной сварки могут быть оптимизированы для достижения максимальной прочности на растяжение и микротвердости заготовки при одновременном сокращении количества экспериментов без влияния на результаты. Эксперименты были разработаны методом Тагучи с использованием ортогональной матрицы L9 для первого и второго исследования и ортогональной матрицы L16 для третьего исследования. Этот план был выбран на основе трех параметров сварки на трех уровнях каждый для первых двух исследований и четырех параметров сварки на четырех уровнях каждый для последнего исследования. Параметрами сварки, выбранными для первого исследования, были мощность, скорость и фокусный диаметр. Во втором исследовании в качестве параметров сварки использовались мощность, скорость и частота. В третьем исследовании в качестве параметров сварки использовались мощность, скорость, частота и давление газа аргона.Отношение сигнал/шум для каждого уровня параметров процесса рассчитывается на основе анализа сигнал/шум. В анализе отношения сигнал-шум (S/N) есть две категории характеристик качества, т. е. критерий (чем меньше, тем лучше) ширины валика и критерий (чем больше, тем лучше) предела прочности при растяжении/ прочность. В этих исследованиях целью является максимизация предела прочности/прочности при растяжении, поэтому оптимальным уровнем параметров процесса является уровень с самым высоким отношением сигнал/шум. Также был проведен статистический дисперсионный анализ (ANOVA), чтобы указать, какие параметры процесса являются статистически значимыми; тогда можно предсказать оптимальное сочетание параметров процесса. Эта диссертация начинается с определения сварки с упоминанием наиболее распространенных видов сварки, используемых в промышленности, а также некоторых примеров наиболее известных типов используемых соединений. Затем в нем представлены принципы процесса лазерной сварки и механизмы, участвующие в его работе, а также идентификация параметров, которые его контролируют и которые могут оказать наибольшее влияние на качество сварного шва. В следующих разделах поясняется значение этого проекта и его актуальность для промышленности, подчеркивая при этом ее потенциальный вклад и результаты. В этом тезисе упоминаются наиболее важные выводы, сделанные в результате трех шагов, которые были выполнены в рамках этого проекта для улучшения механических и микроструктурных характеристик образцов, сваренных лазером из стали AISI 304L.
