Lazer bilen kebşirlemek – Alýumin erginleriniň lazer bilen kebşirlenmegi arkaly sazlanyp bilinýän halka re modeimine (ARM) yrgyldaw parametrleriniň täsiri

Lazer bilen kebşirlemek – Alýumin erginleriniň lazer bilen kebşirlenmegi arkaly sazlanyp bilinýän halka re modeimine (ARM) yrgyldaw parametrleriniň täsiri

1. Abstrakt

Bu gözlegde yrgyldama amplitudasynyň we ýygylygynyň ýüziň hiline, makro we mikrostrukturalaryna, şeýle hem sazlanyp bilinýän halka re modeiminiň (ARM) gözenekliligine täsiri öwrenilýär.lazer bilen titräp duran kebşirlenenA5083 alýumin lehimli plitalary. Netijeler yrgyldy amplitudasynyň we ýygylygynyň artmagy bilen kebşirlenen ýüzüniň hiliniň gowulaşýandygyny görkezýär. Amplituda artdygyça, kebşirlenen kese-kesigi "käse" görnüşinden "ýarym" görnüşine geçýär. Mikrogurluş seljermesi, garyşdyrma täsiri bilen sowadyş tizliginiň peselmegi arasyndaky bäsdeşlik sebäpli kebşirlenen dänejik ölçeginiň yrgyldy amplitudasynyň we ýygylygynyň artmagy bilen azalmaýandygyny görkezýär. Kebşirlenen gözeneklilik yrgyldy parametrleriniň artmagy bilen azalýar we amplituda 2 mm bolanda 0,22% soňky gözeneklilige ýetýär. Üç ölçegli rentgen tomografiýasy yrgyldynyň gözenek paýlanyşyna täsirini has-da tassyklaýar: uly gözenekler ereýän howuzuň arkasynda jemlenmäge meýilli, kiçi gözenekler bolsa has gowy simmetriýa görkezýär. Bu gözleg A5083 alýumin lehimli ulanylyşlarynda ýokary hilli lazer kebşirlenenligini gazanmak üçin yrgyldy parametrlerini optimizirlemek üçin gymmatly maglumatlary berýär.

2 Senagatyň geçmişi

Alýumin garyndylary ýeňil agram, ýokary berklik we gowy korroziýa garşylygy ýaly artykmaçlyklara eýedir we awtoulag, ýokary tizlikli demir ýol, awiakosmos we beýleki pudaklarda giňden ulanylýar. Lazer bilen kebşirlemegiň ýokary netijeliligi, kiçi ýylylyk täsir edýän zona we kiçi kebşirleme deformasiýalary ýaly artykmaçlyklary bar. Şonuň üçin,lazer bilen kebşirlemek galyň plitalar üçin amatly ykdysady kebşirleme usulydyr, bu bolsa kebşirleme geçişleriniň sanyny ep-esli azaldyp biler. Gözeneklilik alýumin erginlerini lazer bilen kebşirlemekde möhüm kemçilik bolup, kebşirlenen birleşmeleriň mehaniki häsiýetlerine düýpli täsir edýär. Şonuň üçin gözenekliligiň emele gelmegini azaltmak we aradan aýyrmak üçin giňişleýin barlaglar geçirildi, şol sanda gorag gazyny optimizirlemek, iki şöhle tehnologiýasyny ulanmak, modullaşdyrylan lazer güýç ulgamlaryny ulanmak we yrgyldawuk şöhle usullaryny ulanmak. Lazer yrgyldawuk kebşirleme tehnologiýasy lazer bilen kebşirlemegiň artykmaçlyklaryny öz aýratynlyklary bilen utgaşdyrmak ukyby bilen tapawutlanýar. Lazer yrgyldawuk kebşirleme ulanmak diňe bir gözenekliligi azaltmak bilen çäklenmän, eýsem kebşirlemegiň mikrostrukturyny gowulandyryp we kebşirleme hilini ýokarlandyryp biler. Köp sanly barlaglar, esasan, lazer bilen yrgyldawuk kebşirlemegiň dürli taraplaryna, şol sanda gözenekliligi azaltmak, energiýa paýlanyşyny optimizirlemek, däne gurluşyny kämilleşdirmek we ereýän howuzdaky ereýän akymynyň häsiýetnamasyna gönükdirildi. Lazer energiýasynyň paýlanyşy lazer bilen kebşirlemegiň temperatura paýlanyşynda we penetrasiýa çuňlugynda möhüm rol oýnaýar. Belli bir yrgyldawuk amplitudasynda, skanirleme ýygylygynyň artmagy bilen, kebşirleme prosesi çuňňur penetrasiýa kebşirlemesinden durnuksyz kebşirleme we ahyrsoňy ýylylyk geçirijilik kebşirlemesine geçýär. Netijeler skanirleme amplitudasynyň we ýygylygynyň ýokarlandyrylmagynyň gözenekliligi peseldip biljekdigini, şeýle hem kebşirlemegiň çuňňurlygyny ep-esli azaldyp biljekdigini we şonuň bilen kebşirlemegiň mehaniki häsiýetlerini peseldýändigini görkezýär. Soňky ýyllarda lazer energiýasyny ýokary energiýa dykyzlygy bolan özen we pes energiýa dykyzlygy bolan halka bölýän sazlanýan halka režimi (ARM) lazeri işlenip düzüldi, bu bolsa açar deşigini durnuklaşdyrmaga we kebşirlemegiň hilini ýokarlandyrmaga gönükdirilendir. Barlagçylar dürli özen/halka güýç gatnaşyklarynda we yrgyldaw giňliklerinde 6xxx ýokary berklikli alýumin erginlerini kebşirlemek üçin ARM lazer yrgyldawly kebşirlemegi ulandylar. Eksperimental netijeler kebşirlemegiň geometriýasyna täsir edýän esasy faktoryň özen-halka güýç gatnaşygyndan has köp yrgyldaw giňligidigini görkezýär. Şeýle-de bolsa, yrgyldawyň we ARM lazeriniň üst-üst ýerleşmegindäki gözenek paýlanyşy we onuň tormozlanyş mehanizmi öwrenilmedi. Bu makalada kebşirlemegiň gözenekliligini azaltmak, ýokary yrgyldaw çuňlugyny we has gowy kebşirlemegiň hilini almak üçin täze ARM lazer yrgyldawly kebşirlemegiň tehnologiýasy kabul edildi. Dürli yrgyldaw ýygylyklarynda we amplitudalarynda lazer energiýasynyň paýlanyşy, ereýän howuz dinamiki häsiýeti we mikrostruktura boýunça giňişleýin gözleg geçirildi.

3. Eksperimental maksatlar we amallar

Alýumin erginlerini kebşirlemek üçin tegelek lazer ossilýasiýaly kebşirleme tehnologiýasy ulanyldy. Esasy material (BM) ölçegleri 300mm × 100mm × 5mm (uzynlyk × ini × galyňlyk) bolan 5083-O alýumin ergininden ybaratdy we onuň himiki düzümi tablisada görkezilen. Kebşirlemezden öň, ýüzdäki oksid plýonkasyny aýyrmak üçin nusgalar jylaňlandy, soňra ýüzdäki ýagy aýyrmak üçin ultrases wannasynda 15 minutlap aseton bilen arassalanyldy.lazer bilen kebşirleme ulgamyesasan Kuka robotyndan, TruDisk 8001 disk lazerinden we 3D PFO galwanometr skanerinden ybarat. TruDisk 8001 disk lazeri sazlanyp bilinýän halkaly lazer çeşmesi hökmünde ulanyldy, özen/halka süýüm gatnaşygy 100/400 μm we iň ýokary çykyş güýji 8 kW (tolkunyň uzynlygy 1030 nm, şöhle hiliniň parametri 4.0 mm·rad). Lazer şöhlesi özen böleginden we halkaly bölekden ybarat bolup, merkezi özen böleginde lazer açar deşigini (lazer energiýasynyň 60%) döredýär we halkaly bölekdäki lazer (b) suratda görkezilişi ýaly, temperaturanyň gowy paýlanmagyny (lazer energiýasynyň 40%) üpjün edýär. Kollimatoryň we fokuslaýjy linzanyň fokus aralyklary degişlilikde 138 mm we 450 mm. Kebşirleme prosesinde, 5000 fps atyş tizligi we 1 μs ekspozisiýa wagty bilen kebşirleme prosesini real wagt režiminde gözegçilik etmek üçin Phantom V1840 ýokary tizlikli kamera we Cavilux ýokary ýygylykly ýagtylyk çeşmesi ulanyldy. Bu gözlegde, tegelek şöhle yrgyllama traýektoriýasy, lazer hereketiniň ýoly we ani tizlik suratda görkezilişi ýaly kesgitlenýär.

4 Netijeler we ara alyp maslahatlaşmalar

4.1 Keşlemek Morfologiýasynyň Aýratynlyklary Dürli lazer yrgyldawuklyk režimlerinde keşlemek ýüzüniň morfologiýalary suratda görkezilen. Netijeler adaty göni çyzykly keşlemekligiň keşlemek ýüzüniň gödek (gödekligi 78.01 μm), keşlemek tolkunlarynyň yzygiderliliginiň pesligi we keşlemek ýaýramagynyň ýeterlik däldigini görkezýär. Keşlemekligiň ýeterlik däl emele gelmegi, güýçli çaýkanma we aşaky kesilme hem syn edildi. Yrgyldawuklyk amplitudasynyň we ýygylygynyň artmagy bilen keşlemek ýüzünde dykyz we deň balyk puljagazlary peýda bolýar. Yrgyldawuklyk amplitudalary 0.5 mm, 1 mm we 2 mm bolan keşlemekleriň ýüzüniň gödekligi degişlilikde 80.71 μm, 49.63 μm we 31.12 μm. Çaýkanma sebäpli hiç hili düzgünsizlik ýa-da çykyş ýok. Netijeler ýokary yrgyldawuklyk ýygylygynyň has yzygiderli ereýän howuz akymyna, lazer şöhlesiniň güýçli garyşdyryjy täsirine we has ideal keşlemek ýüzüne getirýändigini görkezýär. Esasan, lazer keşlemekliginiň görnüşi lazer şöhlesiniň hereketi bilen sebäp-netijeli baglanyşyklydyr. Kebşirleme wagtynda yrgyldawuk amplitudasynyň we ýygylygynyň üýtgemegi kebşirleme tizligini üýtgedýär we şeýlelik bilen lazeriň çyzykly energiýa dykyzlygyna we umumy ýylylyk girmegine täsir edýär. Kebşirlemeniň kese-kesiş morfologiýasy "käse" görnüşinde bolup, iki bölekden ybaratdyr: aşaky bölegi "kök", ýokarky bölegi bolsa "käse". Girme çuňlugy we "kök" degişlilikde H1 we H2 hökmünde kesgitlenýär, kebşirleme ("käse") we "kök" giňlikleri degişlilikde W1 we W2 hökmünde kesgitlenýär. Kebşirleme giňlikleriniň ikisi hem W1 we W2 yrgyldawuk amplitudasynyň artmagy bilen sinhron artýar we kebşirleme morfologiýasy "käse" görnüşinden "ýarymaý" görnüşine ýuwaş-ýuwaşdan öwrülýär. Lazer energiýasynyň iň ýokary dykyzlygy traýektoriýanyň üst-üste düşýän ýerinde peýda bolýar. (b, d) we (c, e) suratlaryny deňeşdirende, skanerleme ýygylygynyň artmagynyň skanerleme ýoly boýunça traýektoriýanyň üst-üste düşýän meýdanyny artdyrjakdygyny we lazer energiýasynyň paýlanyşyny has deňleşdirjekdigini görmek bolýar. Şeýle-de bolsa, iň ýokary energiýa dykyzlygynyň azalmagy kebşirleme çuňlugynyň azalmagyna getirer.

4.2 Eriýän howuzyň hereketi Skanirleme ýolunyň erýän howuzyň hereketine täsirini aýdyňlaşdyrmak üçin, erýän howuzyň we açar deşiginiň ösüş prosesini synlamak üçin ýokary tizlikli kamera ulgamy ulanyldy. (a) suratda erýän howuzyň göni çyzykly ýolda ösüş prosesi görkezilýär. (bf) suratlarda erýän howuzyň dürli yrgyldama parametrleri astynda ösüş diagrammalary bar. Yyrgyldama ýygylygynyň we amplitudasynyň artmagy bilen, erýän howuzyň arka bölegi erýän howuzyň giňliginiň giňelmegi sebäpli has tegelek bolýar. Eriýän howuzyň uzynlygy ulaldygyça, açar deşiginiň püskürmegi sebäpli ýüzeýiň üýtgemesi yza ýaýrama wagtynda azalýar. Şonuň üçin, erýän suwuk metal erýän howuzyň arka ugrunda ýumşak we yzygiderli gatap, birmeňzeş we dykyz kebşir balyk puljagazlaryny emele getirýär. Suratda lazer kebşirleme wagtynda açar deşiginiň açylýan meýdanynyň üýtgemegi görkezilýär, bu bolsa erýän howuzyň ýokary tizlikli surata düşürilen suratlaryndan gelip çykýar. (a) suratda görkezilişi ýaly, göni çyzyk kebşirleme wagtynda açar deşiginiň açylýan ölçegi aýdyň üýtgemeleri görkezýär. Açylýan deşigiň ýapylmagynyň birnäçe mysaly (0 mm²) syn edildi, ortaça açar deşiginiň açylýan meýdany 0,47 mm² boldy. Oýlanma amplitudasynyň artmagy hem üýtgemeleri azaldyp we durnuklylygy gowulandyryp biler. Sebäbi yýlanmaly kebşirlemede energiýanyň has uly bölegi iki tarapa hem paýlanýar. Şonuň üçin açar deşigindäki çykyş giňelýär we yýlanma amplitudasy artýar, şonuň bilen açylýan meýdany köpeldýär. Amplitudasynyň artmagy lazer şöhlesiniň garyşdyrma aralygyny giňeldýär we açar deşiginiň döwürleýin hereketiniň radiusynyň giňelmegine getirýär. Eriýän metalyň ýapyşyklygy we açar deşiginiň diwaryna golaý täsir edýän gidrodinamik basyş sebäpli, açar deşiginiň agzynyň golaýyndaky kebşirleme eriş howuzunda burulgaly tok hereketi ýüze çykýar. Açar deşiginiň açylýan meýdanynyň giňelmegi onuň durnuklylygyny ýokarlandyrýar, köpürjikleriň emele gelmeginiň öňüni alýar we şeýlelik bilen gözenekliligi ep-esli derejede saklaýar.

4.3 Mikrostruktura Suratda dürli yrgyldama ýygylyklarynda we amplitudalarynda kebşirlenen kese-kesiginiň EBSD morfologiýasy görkezilýär. Lazer kebşirleneniň birleşme çyzygynyň golaýynda sütünli dendrit dänejikleri kebşirlenen merkeziň tarapyna ösýär. (a) suratda görkezilişi ýaly, "käse" we "kök" sebitleriniň arasynda sütünli dänejikleriň paýlanyşynda aýdyň tapawutlar syn edilip bilner. Sütünli dänejikler "käse" diwary boýunça U görnüşinde, "kök" sebitinde bolsa sütünli dänejikler birleşme çyzygy boýunça U görnüşinde ýaýradylýar. Kebşirleneniň gatylaşma döwründe, birleşme zolagyndaky bölekleýin gatylaşan dänejikler gatylaşma fronty üçin ýadrolanma ýerleri hökmünde hereket edýär we iň ýokary temperatura gradientiniň ugry boýunça ereýän howuz serhedine perpendikulýar ösýär. Bu hadysa lazeriň ýokary kuwwatly dykyzlygynyň kebşirlenen howuzuň içinde gyzgynlyga getirýändigi sebäpli ýüze çykýar. Ýokary termal gradient G we ortaça ösüş tizligi R G/R-i mikrostrukturanyň özgermegi üçin bosagadan ýokary edýär we netijede sütünli dänejikleriň emele gelmegine getirýär. Kebşirleme merkezinde temperatura gradienti G azalýar, bu bolsa G/R gatnaşygynyň mikrostrukturanyň özgeriş çäginiň aşak düşmegine we deň okly dänejiklere geçmegine sebäp bolýar. Deň okly dänejikler "gabyň" we "göwrümiň" merkezi böleklerinde ýerleşýär. Kebşirlemeniň "göwrümiň" gyjyndyrylan we esasy materiala ýakyn bolany üçin, sowadylanda "gabyň" sebitinden öň doly gataýar. Gataýan "göwrümiň" bölegi "gabyň" aşagynda ýadro döreýän ýer hökmünde hereket edýär we sütünli dänejikleriň ýokaryk ösmegine ýardam edýär. Suratda göni we yrgyldawuk kebşirleme prosesleri görkezilýär. Lazer yrgyldawuk kebşirlemede lazer şöhlesiniň ýagdaýynyň üznüksiz üýtgemeginiň aralyk ereýän howuzuň uzynlygyny artdyrjakdygy, eýýäm gataýan metaly gaýtadan ereýändigi we dänejikleriň ösüş tizliginiň r-niň peselmegine getirjekdigi görkezilýär. Bu bolsa aşaky deň okly dänejik zolagynda G/R-iň peselmegine getirip biler.

4.4 Gözenekliligiň paýlanyşy Keşde toplumlaýyn barlag geçirmek üçin üç ölçegli rentgen tomografiýasy ulanyldy we suratda görkezilişi ýaly, keşde gözenekleriň üç ölçegli paýlanyşy alyndy. Gözeneklilik gözenekleriň umumy göwrümini keşdeligiň umumy göwrümine bölmek arkaly hasaplanýar. Göni çyzykly lazer yrgyldawly keşdeleriň we tegelek lazer yrgyldawly keşdeleriň gözenek morfologiýasyny we paýlanyşyny deňeşdirmek arkaly, göni çyzykly lazer yrgyldawly keşdeleriň has uly göwrümli gözenekleri öz içine alýandygy, gözenekliliginiň 2,49% bolýandygy, bu bolsa tegelek gözeneklilikden has ýokarydygy anyklandy.lazer titräp duran kebşirlemek. (b, c) we (d, e) suratlaryny deňeşdirmek arkaly, yrgyldawuk ýygylygynyň artmagynyň gözenekleriň emele gelmeginiň öňüni almaga kömek edýändigini görmek bolýar. (b, d) we (c, e) suratlaryny deňeşdirmek arkaly, yrgyldawuk amplitudasynyň artmagynyň hem gözenekleriň emele gelmeginiň öňüni almakda möhüm rol oýnaýandygyny görmek bolýar. Yyrgyldawuk amplitudasy has-da 2 mm-e çenli ýokarlananda ((f) surat), gözeneklik has-da 0,22% -e çenli azalýar we diňe kiçi göwrümli we kiçi gözenekler galýar. Suratda kebşirleme merkezi çyzygyndan dürli uzaklyklarda gözenek meýdanynyň paýlanyşy görkezilýär, bu bolsa gözenek meýdanynyň ölçegine esaslanýan gözenekligi görkezýär. Göni çyzykly kebşirleme üçin gözenek meýdany kebşirleme merkezi çyzygy boýunça simmetriki taýdan paýlanýar we kebşirleme merkezi çyzygyndan uzaklygyň artmagy bilen kem-kemden azalýar. Netijeler açar deşigi sebäpli gözenekleriň esasan kebşirleme merkezi çyzygynda ereýän howuzuň 后壁 arkasynda jemlenendigini görkezýär. Lazer bilen yrgyldawuk kebşirleme üçin gözenek paýlanyşynyň simmetriýasy gowşaýar. Suratda kebşirleme ýüzünden dürli uzaklyklardaky gözenek meýdany görkezilýär, bu ýerde gyzyl çyzyk "käse" we "kök" sebitleriniň arasyndaky serhedi aňladýar. Dominant uly gözeneklerde (Suratlar (ac)), serhediň ýokarsyndaky gözenek meýdany 85% -den gowrakdyr. Sebäbi uzyn itudinal serhedindäki kontur geçişi kebşirleme howuzundaky köpürjikleri tutmaga has meýilli we tutulan köpürjikler suwda galmagyň täsiri bilen ýokaryk göçmäge meýilli. Dominant kiçi gözeneklerde (Suratlar (df)), gözenekler serhet çyzygyndan 0,5 mm aşakda ýerleşýän meýdanda jemlenendir. Gysga sowadyş wagty we kiçi ýokaryk süýşmesi bu hadysanyň sebäpleri bolup biler.

5 Netije

(1) Dürli lazer yrgyldawuk režimleri kebşirleme ýüzüne aýdyň täsir edýär. Ýokary amplituda we ýygylyk ýüzüň hilini gowulandyryp biler, aşa uly yrgyldawuk parametrleri bolsa gödekligi artdyryp we içboýy kemçiliklere sebäp bolup biler.

(2) Kebşirleme görnüşi, esasan, lazer yrgyldaw parametrleri bilen kesgitlenýär, olar kebşirleme tizligine, energiýa paýlanyşyna we umumy ýylylyk girmegine täsir edýär. Yyrgyldaw amplitudasynyň artmagy bilen, kebşirleme morfologiýasy "käse" görnüşinden "ýarym aý" görnüşine üýtgeýär we tarap gatnaşygy azalýar.

(3) Oýlanma amplitudasynyň we ýygylygynyň artmagy bilen, ereýän howuz giňelýär we arka bölegi tegelek bolýar. Oýlanma täsiri ereýän howuzuň uzynlygyny artdyrýar, bu bolsa köpürjikleriň çykmagyna we deň derejede gataşmagyna peýdalydyr. Göni çyzykly kebşirleme wagtynda açar deşiginiň açylýan meýdany üýtgeýär; deňeşdirip aýdylanda, bu üýtgemeleri azaltmak we kebşirleme durnuklylygyny ýokarlandyrmak mümkin.

(4) Oýlanma amplitudasynyň we ýygylygynyň artmagy termal gradienti we ösüş tizligini peseldýär, bu bolsa uly dänejikleriň emele gelmegine peýdalydyr. Şeýle-de bolsa, lazeriň garyşdyryş täsiri dänejikleriň ölçegini arassalamaga we teksturanyň berkligini ýokarlandyrmaga ýardam edýär. Dürli lazer parametrlerinde kebşirleme berkligi esasy materialyňkydan birneme pes bolup, deňeşdirme boýunça durnukly bolup galýar, bu bolsa magniýiň buharlanma ýitgisi bilen baglanyşykly bolup biler.

(5) Üç ölçegli rentgen tomografiýasy göni çyzykly kebşirlemegiň yrgyldaýan kebşirlemäge garanyňda has ýokary gözeneklilige (2,49%) we gözenek göwrüminiň has ulydygyny görkezýär. Oýlanma parametrleriniň ýokarlanmagy gözenekliligi ep-esli azaldyp biler, hatda amplituda 2 mm bolanda hem 0,22% ýetýär. Gözenek meýdanynyň paýlanyşy yrgyldama bilen üýtgeýär: uly gözenekler ereýän howuzuň arkasynda jemlenýär we kiçi gözenekler has gowy simmetriýa eýedir. Uly gözenekler, esasan, "käse" we "kök" sebitleriniň arasyndaky serhediň ýokarsynda, kiçi gözenekler bolsa serhediň aşagynda jemlenendir.