Lazer nurlarini payvandlashYuqori tezlik, yuqori aniqlik va kontaktsiz xususiyatlarga ega bo'lgan ushbu material avtomobillar, aerokosmik va elektron qurilmalar kabi sohalarda keng qo'llaniladi, ayniqsa turli materiallarni ulashda noyob afzalliklarni namoyish etadi. Biroq, payvandlash jarayonida hosil bo'lgan qattiqlashuv yoriqlari (Qattiqlashuv yoriqlari) uning sanoat qo'llanilishini cheklovchi asosiy nuqsonlardan biridir. Bu yoriqlar odatda qattiqlashuv oxirida erish zonasida (Erish zonasi) paydo bo'ladi, bu esa termal stress, qattiqlashuv qisqarishi va suyuq plyonkaning dona chegaralariga qo'shma ta'siri natijasida yuzaga keladi va bo'g'imning mexanik xususiyatlari va charchoq muddatini sezilarli darajada kamaytiradi.
1. Shakllanish mexanizmi
Qattiqlashuv yoriqlarining asosiy mexanizmi qattiqlashuv oxiridagi dona chegaralaridagi qoldiq suyuqlik plyonkasida yotadi. Qattiqlashuv jarayonida erigan hovuz uchta zonaga bo'linadi: erkin suyuqlik zonasi, cheklangan suyuqlik zonasi va qattiq zona, 1-rasmda ko'rsatilganidek. Cheklangan suyuqlik zonasida suyuqlik oqimi bloklanadi va qattiqlashuv qisqarishi natijasida hosil bo'lgan kuchlanishni qoplay olmaydi, natijada dona chegarasi ajraladi. Dona chegarasi energiyasining (γgb) qattiq-suyuqlik interfeys energiyasiga (γsl) nisbati suyuqlik plyonkasining barqarorligini belgilaydi: agar γgb < 2γsl bo'lsa, suyuqlik plyonkasi beqaror bo'ladi va donalarning birlashishi sodir bo'ladi; aksincha, suyuqlik plyonkasi barqaror va yoriqlar paydo bo'lishiga moyil bo'ladi.
Bundan tashqari, qattiqlashuv yoriqlarining hosil bo'lishi materiallarning metallurgiya xususiyatlari bilan ham bog'liq. Turli materiallar qattiqlashuvning harorat diapazoni, qattiqlashuvning qisqarish tezligi va qotishma elementlarining taqsimlanishi kabi o'ziga xos qattiqlashuv xususiyatlariga ega. Bu xususiyatlar yoriqlarning sezgirligiga ta'sir qiladi. Masalan, ko'p miqdorda past erish nuqtasiga ega evtektik fazalarni o'z ichiga olgan materiallarda qattiqlashuv yoriqlarining sezgirligi yuqoriroq, chunki bu evtektik fazalar qattiqlashuv paytida uzluksiz suyuq plyonkalar hosil qilishga moyil bo'lib, shu bilan yoriqlar hosil bo'lishini kuchaytiradi.
davomidalazerli payvandlash jarayoni, lazer kuchi, payvandlash tezligi va nuqta o'lchami kabi payvandlash parametrlari ham qattiqlashuv yoriqlarining hosil bo'lishiga ta'sir qiladi. Bu parametrlar payvandlash jarayonida issiqlik kirishi va harorat gradiyentiga ta'sir qiladi, shu bilan qattiqlashuv tuzilishi va dona morfologiyasini o'zgartiradi. Masalan, yuqori lazer kuchi va pastroq payvandlash tezligi ko'proq issiqlik kirishiga va sekinroq sovutish tezligiga olib keladi, bu esa ustunsimon kristallarning o'sishiga yordam beradi va yoriq sezgirligini oshiradi. Aksincha, pastroq lazer kuchi va yuqori payvandlash tezligi issiqlik kirishining kamayishiga va tezroq sovutish tezligiga olib keladi, bu esa teng o'qli kristallarning hosil bo'lishini osonlashtiradi va yoriq sezgirligini pasaytiradi.
2. Bostirish choralari
Qattiqlashuv yoriqlarini samarali ravishda bostirish uchunlazerli payvandlash, tadqiqotchilar asosan don tuzilishini boshqarish, payvandlash parametrlarini optimallashtirish va material xususiyatlarini yaxshilashga qaratilgan turli xil strategiyalarni taklif qilishdi. Dona tuzilishini takomillashtirish orqali don chegaralari sonini ko'paytirish va stress konsentratsiyasi konsentratsiyasini kamaytirish, shu bilan yoriqlar hosil bo'lishini kamaytirish mumkin. Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, lazer nurlari tebranishi texnologiyasidan foydalangan holda ustunli kristallarni boshqa materiallarni qo'shmasdan mayda teng o'qli kristallarga aylantirish mumkin. Lazer nurlari tebranishi lazer energiyasini tarqatishi, erigan hovuzda turbulentlik hosil bo'lishiga olib kelishi, shu bilan ustunli kristallarning o'sish yo'nalishini buzishi va 3-rasmda ko'rsatilgandek teng o'qli kristallarning hosil bo'lishiga yordam berishi mumkin. Bundan tashqari, lazer nurlari tebranishi erigan hovuzning kengligini oshirishi, harorat gradientini kamaytirishi va erigan hovuzning qattiqlashish vaqtini uzaytirishi mumkin, bu esa erigan moddalarning tarqalishiga va suyuq plyonkalarning to'ldirilishiga yordam beradi, shu bilan qattiqlashish yoriqlarining sezgirligini sezilarli darajada kamaytiradi.
Don chegarasi suyuq plyonkalarining turli hovuz shakllari ostida tarqalishi.
Payvandlash eritilgan hovuzining sxematik diagrammasi, a, b) tebranishsiz, c, d) lateral tebranish, e, f) bo'ylama tebranish, g, h) aylana bo'ylab tebranish.
Bundan tashqarilazer nuriIkki lazer manbalaridan foydalanish tebranish texnologiyasi ham qattiqlashuv yoriqlarini bostirishning samarali usullaridan biridir. Ikki lazer manbalari termal siklni optimallashtirish orqali ustunli kristallardan teng o'qli kristallarga o'tishga erishishi mumkin, shu bilan don hajmi va deformatsiya konsentratsiyasini kamaytiradi. Masalan, asosiy issiqlik manbai sifatida CO₂ lazeri va yordamchi issiqlik manbai sifatida Nd:YAG impulsli lazeridan foydalanilganda, payvandlash paytida optimallashtirilgan termal sikl hosil bo'lishi mumkin, bu teng o'qli kristallarning hosil bo'lishiga yordam beradi va qattiqlashuv yoriqlarining sezgirligini pasaytiradi, 4-rasmda ko'rsatilganidek.
Payvandlash parametrlarini optimallashtirish ham qattiqlashuv yoriqlarini bostirishning muhim vositasidir. Lazer kuchi, payvandlash tezligi va nuqta o'lchami kabi parametrlarni sozlash orqali payvandlash jarayonida issiqlik kiritish va harorat gradiyentini boshqarish mumkin, shu bilan qattiqlashuv tuzilishi va dona morfologiyasiga ta'sir qiladi. Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, oldindan qizdirish bilan ishlov berish sovutish tezligini pasaytirishi, teng o'qli kristallarning hosil bo'lishini rag'batlantirishi va shu bilan qattiqlashuv yoriqlarining sezgirligini kamaytirishi mumkin, 5-rasmda ko'rsatilganidek. Bundan tashqari, impulsli lazerli payvandlashdan foydalanish va payvandlash tezligini oshirish kabi usullar issiqlik kiritish va sovutish tezligini o'zgartirish orqali ustunli kristallardan teng o'qli kristallarga o'tishga erishishi mumkin, shu bilan yoriqlarning sezgirligini kamaytiradi.
5-rasm. a) Qizdirilmagan, b) 300°C darajada oldindan qizdirilgan teng o'qli donalar.
Turli materiallarni lazer bilan payvandlashda, materiallar orasidagi fizik va kimyoviy xususiyatlardagi sezilarli farqlar tufayli, mo'rt intermetall birikmalar hosil bo'lishga moyil bo'ladi, bu esa qattiqlashuv yoriqlarining asosiy sabablaridan biridir. Shuning uchun, intermetall birikmalarning hosil bo'lishini yoki miqdorini kamaytirish uchun lazer parametrlari va sozlamalarini sozlash ham qattiqlashuv yoriqlarini bostirishning muhim strategiyasidir. Masalan, mis-alyuminiy turli materiallarni lazer bilan payvandlashda, lazer nurining siljishi va payvandlash tezligini boshqarish orqali, eritilgan hovuzda mis va alyuminiyning aralashish nisbati kamaytirilishi mumkin, shu bilan mo'rt intermetall birikmalarning hosil bo'lishini kamaytiradi va yoriqlar sezgirligini pasaytiradi. Bundan tashqari, plomba materiallaridan foydalanish payvandlangan bo'g'inning ish faoliyatini yaxshilashi va yoriqlar hosil bo'lishini kamaytirishi mumkin. Plomba materiallari payvandlangan bo'g'inning tarkibi va mikro tuzilishini o'zgartirish va payvandlangan bo'g'inning mustahkamligini oshirish orqali intermetall birikmalarning hosil bo'lishini kamaytirishi mumkin.
Qattiqlashuv yoriqlari lazerli payvandlash jarayonlaridagi keng tarqalgan nuqsonlardan biridir. Ularning hosil bo'lish mexanizmi murakkab va issiqlik, mexanika va metallurgiya kabi bir qancha omillarning o'zaro ta'sirini o'z ichiga oladi. Qattiqlashuv yoriqlarining hosil bo'lish mexanizmini chuqur o'rganish orqali yoriqlarni bostirish uchun nazariy asos yaratilishi mumkin. So'nggi yillarda tadqiqotchilar qattiqlashuv yoriqlarini bostirishning turli strategiyalarini taklif qilishdi, ular asosan don tuzilishini boshqarish, payvandlash parametrlarini optimallashtirish va material xususiyatlarini yaxshilashga qaratilgan. Amaliyot shuni ko'rsatdiki, bu strategiyalar qattiqlashuv yoriqlarining sezgirligini ma'lum darajada samarali ravishda kamaytirishi va lazerli payvandlash sifati va ishonchliligini oshirishi mumkin. Biroq, lazerli payvandlash jarayonining murakkabligi va xilma-xilligi tufayli hozirgi tadqiqotlarda hali ham ba'zi kamchiliklar mavjud. Masalan, turli materiallar va payvandlash sharoitlarida qattiqlashuv yoriqlarining inhibisyon mexanizmlari uchun hali ham chuqurroq tadqiqotlar o'tkazish kerak.
Nashr vaqti: 2025-yil 20-mart
