Forskning for at forbedre svejseprocessen til fremstillingsindustrien

Buesvejsning og additiv fremstilling er enormt vigtigt for at skabe store metalkomponenter relativt billigt og hurtigt.

Ny forskning ledet af professor Hongbiao Dong fra University of Leicesters Department of Engineering har vist, hvordan man kan optimere denne proces for at forbedre effektiviteten og omkostningerne.

Forskningen, som var et samarbejde mellem University of Leicester, Delft University of Technology, Diamant lyskilde, University College Dublin og TATA Steel Research UK blev for nylig offentliggjort i Naturkommunikation .

Den udforsker den interne strømningsadfærd i additiv fremstilling af metaller og buesvejsning - den mest udbredte svejseproces i moderne fremstilling.

Arbejdet fokuserede på at undersøge de smeltebassiner, der skabes under svejseprocessen.

At gøre dette, holdet indsatte små wolfram- og tantalpartikler i smeltebassinet. På grund af deres høje smeltepunkter, partiklerne forblev faste i smeltebassinet længe nok til, at de kunne spores ved hjælp af intense røntgenstråler.

Røntgenstrålerne blev genereret ved hjælp af synkrotronpartikelacceleratoren ved Diamond Light Source, som er Storbritanniens nationale facilitet for synkrotronlys. Beamline I12 blev udvalgt til denne forskning på grund af dens specialiserede høje energi, højhastigheds billeddannelseskapacitet med tusindvis af billeder i sekundet.

Ved at bruge Beamline I12, forskerne var i stand til at lave højhastighedsfilm, der viser, hvordan overfladespænding påvirker formen af ​​svejsesmeltebassinet og dets tilhørende hastighed og strømningsmønstre. Resultaterne viste, for første gang, at smeltestrømsadfærden ligner den, man tidligere kun har set via computersimuleringer.

Resultaterne afslørede, at buesvejsning kan optimeres ved at kontrollere flowet af smeltebassinet og ændre de tilhørende aktive elementer på overfladen.

Professor Dong sagde:"Det er fortsat en udfordring at forstå, hvad der sker med væsken i smeltebassiner under svejsning og metalbaseret additiv fremstilling. Resultaterne vil hjælpe os med at designe og optimere svejse- og additive fremstillingsprocesser for at fremstille komponenter med forbedrede egenskaber til en reduceret pris. .

"Svejsning er den mest økonomiske og effektive måde at forbinde metaller permanent på, og er en vital komponent i vores produktionsøkonomi."

Dr. Thomas Connolley, Principal Beamline Scientist for I12 hos Diamond Light Source kommenterede:"I12-teamet var tæt involveret i eksperimentet. Strålelinjen blev designet med disse udfordrende in-situ eksperimenter i tankerne, og jeg er meget glad for, at vi har hjulpet med at fremme forståelsen af ​​additiv fremstilling og svejsning, på grund af deres teknologiske betydning."

Det anslås, at over 50% af globale husholdnings- og ingeniørprodukter indeholder svejsede samlinger. I Europa, svejseindustrien har traditionelt støttet en bred vifte af virksomheder på tværs af skibsbygningen, rørledning, bilindustrien, rumfart, forsvars- og byggesektoren. Omsætningen fra markederne for svejseudstyr og forbrugsvarer nåede 3,5 milliarder euro i Europa i 2017.

Resultaterne vil hjælpe med fremtidig design og optimering af svejse- og additiv fremstillingsprocessen, og vil have en vigtig og vidtrækkende effekt.