Лазер белән эретеп ябыштыру – Көйләнешле боҗра режимына (ARM) тирбәнеш параметрларының йогынтысы. Алюминий эретмәләрен лазер белән эретеп ябыштыру

Лазер белән эретеп ябыштыру – Көйләнешле боҗра режимына (ARM) тирбәнеш параметрларының йогынтысы. Алюминий эретмәләрен лазер белән эретеп ябыштыру

1. Реферат

Бу тикшеренү тирбәнеш амплитудасы һәм ешлыгының өслек сыйфатына, макро һәм микроструктураларга, шулай ук ​​көйләнергә мөмкин боҗра режимының (ARM) күзәнәклелегенә йогынтысын тикшерә.лазер белән тирбәлүче эретеп ябыштыруA5083 алюминий эретмәсе пластиналары. Нәтиҗәләр тирбәнеш амплитудасы һәм ешлыгы арткан саен, эретеп ябыштыру өслеге сыйфаты яхшыра икәнен күрсәтә. Амплитуда арткан саен, эретеп ябыштыру кисемтәсе "бокал" формасыннан "ярымай" формасына үзгәрә. Микроструктура анализы күрсәткәнчә, эретеп ябыштыруның бөртек зурлыгы тирбәнеш амплитудасы һәм ешлыгы арткан саен кимеми, чөнки болгату эффекты һәм суыту тизлеге кимүе арасындагы көндәшлек бар. Эретеп ябыштыруның күзәнәклелеге тирбәнеш параметрлары арткан саен кими, амплитуда 2 мм булганда 0,22% соңгы күзәнәклелеккә җитә. Өч үлчәмле рентген томографиясе тирбәнешнең мәсамә таралуына йогынтысын тагын да раслый: зур мәсамәләрнең эретелгән күл артында агрегацияләнүе күзәтелә, ә кечкенә мәсамәләрнең симметриясе яхшырак. Бу тикшеренү A5083 алюминий эретмәсе кушымталарында югары сыйфатлы лазер белән эретеп ябыштыруга ирешү өчен тирбәнеш параметрларын оптимальләштерү өчен кыйммәтле мәгълүмат бирә.

2 Тармак турында белешмә

Алюминий эретмәләре җиңел авырлык, югары чагыштырма ныклык һәм яхшы коррозиягә чыдамлык кебек өстенлекләргә ия, һәм алар автомобиль, югары тизлекле тимер юл, аэрокосмик һәм башка тармакларда киң кулланыла. Лазер белән эретеп ябыштыру югары нәтиҗәлелек, кечкенә җылылык тәэсире зонасы һәм кечкенә эретеп ябыштыру деформациясе кебек өстенлекләргә ия. Шуңа күрә,лазер белән эретеп ябыштыру - калын пластиналар өчен яраклы икътисади эретеп ябыштыру ысулы, бу эретеп ябыштыру үтүләрен шактый киметергә мөмкин. Күзәнәклелек - алюминий эретмәләрен лазер белән эретеп ябыштыруда мөһим кимчелек, ул эретеп ябыштырылган тоташуларның механик үзлекләренә җитди йогынты ясый. Шуңа күрә, күзәнәклелек барлыкка килүен киметү һәм бетерү өчен киң тикшеренүләр үткәрелде, шул исәптән саклаучы газны оптимальләштерү, ике нурлы технология куллану, модуляцияләнгән лазер көч системаларын куллану һәм тирбәлүче нур ысулларын куллану. Лазер тирбәлүче эретеп ябыштыру технологиясе лазер белән эретеп ябыштыруның өстенлекләрен үз үзенчәлекләре белән берләштерә алу сәләте белән аерылып тора. Лазер тирбәлүче эретеп ябыштыруны куллану күзәнәклелекне генә түгел, ә эретеп ябыштыруның микроструктурасын да яхшырта һәм эретеп ябыштыру сыйфатын яхшырта ала. Күп санлы тикшеренүләр, нигездә, лазер белән тирбәлүче эретеп ябыштыруның төрле аспектларына юнәлтелгән, шул исәптән күзәнәклелекне киметү, энергия бүленешен оптимальләштерү, бөртек структурасын камилләштерү һәм эретелгән күлдә эретү агымын характерлау. Лазер энергиясен бүлеп чыгару температура бүленешендә һәм лазер белән эретеп ябыштыруның үтеп керү тирәнлегендә мөһим роль уйный. Билгеле бер тирбәлү амплитудасында, сканерлау ешлыгы арту белән, эретеп ябыштыру процессы тирән үтеп керү эретеп ябыштырудан тотрыксыз эретеп ябыштыруга, һәм, ниһаять, җылылык үткәрүчән эретеп ябыштыруга күчә. Нәтиҗәләр күрсәткәнчә, сканерлау амплитудасын һәм ешлыгын арттыру эретеп ябыштыруның поручностигын киметергә мөмкин, ләкин шулай ук ​​эретеп ябыштыруның үтеп керү тирәнлеген сизелерлек киметә, шуның белән эретеп ябыштыруның механик үзлекләрен киметә. Соңгы елларда лазер энергиясен югары энергия тыгызлыгы булган үзәккә һәм түбән энергия тыгызлыгы булган боҗрага бүлә торган көйләнмәле боҗра режимы (ARM) лазеры эшләнде, бу ачкыч тишеген тотрыклыландыру һәм эретеп ябыштыру сыйфатын яхшырту максатыннан эшләнде. Тикшеренүчеләр ARM лазер тирбәнешле эретеп ябыштыруны төрле үзәк/боҗра көч нисбәтләре һәм тирбәнеш киңлекләре астында 6xxx югары ныклыктагы алюминий эретеп ябыштыру өчен кулландылар. Эксперименталь нәтиҗәләр эретеп ябыштыру геометриясенә тәэсир итүче төп фактор үзәк-боҗра көч нисбәте түгел, ә тирбәнеш киңлеге булуын күрсәтә. Ләкин тирбәнеш һәм ARM лазеры суперпозициясе астында поручности таралышы һәм аның ингибирлау механизмы өйрәнелмәгән. Бу мәкаләдә эретеп ябыштыруның поручностигын киметү, югарырак үтеп керү тирәнлеге һәм яхшырак эретеп ябыштыру сыйфаты алу өчен яңа ARM лазер тирбәнешле эретеп ябыштыру технологиясе кулланыла. Төрле тирбәнеш ешлыклары һәм амплитудалары астында лазер энергиясе таралышы, эрегән бассейн динамик үз-үзен тотышы һәм микроструктурасы буенча комплекслы тикшеренү үткәрелә.

3. Эксперимент максатлары һәм процедуралары

Алюминий эретмәләрен эретеп ябыштыру өчен түгәрәк лазер тирбәнешле эретеп ябыштыру технологиясе кулланылды. Төп материал (БМ) 300 мм × 100 мм × 5 мм (озынлык × киңлек × калынлык) үлчәмле 5083-O алюминий эретмәсе иде, һәм аның химик составы таблицада күрсәтелгән. Эретеп ябыштыру алдыннан үрнәкләр өслек оксиды пленкасын алу өчен ялтыратылды, аннары өслек маен алу өчен 15 минут дәвамында ультратавыш ваннасында ацетон белән чистартылды.лазер белән эретеп ябыштыру системасынигездә, Kuka роботыннан, TruDisk 8001 диск лазерыннан һәм 3D PFO гальванометр сканерыннан тора. TruDisk 8001 диск лазеры көйләнмәле боҗра режимындагы лазер чыганагы буларак кулланылды, үзәк/боҗра җепселләре нисбәте 100/400 мкм һәм максималь чыгу көче 8 кВт (дулкын озынлыгы 1030 нм, нур сыйфат параметры 4,0 мм·рад). Лазер нуры үзәк өлештән һәм боҗра өлешеннән тора, анда үзәк үзәк өлештәге лазер ачкыч тишеген (лазер энергиясенең 60%) барлыкка китерә, ә боҗра өлешендәге лазер яхшы температура бүленешен (лазер энергиясенең 40%) тәэмин итә, (b) рәсемдә күрсәтелгәнчә. Коллиматор һәм фокуслау линзасының фокус озынлыклары 138 мм һәм 450 мм тәшкил итә. Эретеп ябыштыру процессы барышында, реаль вакыт режимында эретеп ябыштыру процессын күзәтү өчен Phantom V1840 югары тизлекле камерасы һәм Cavilux югары ешлыклы яктылык чыганагы кулланылды, аның төшерү тизлеге 5000 кадр/с һәм экспозиция вакыты 1 мкс иде. Бу тикшеренүдә түгәрәк нур тирбәнеш траекториясе, лазер хәрәкәте юлы һәм тизлек тизлеге рәсемдә күрсәтелгәнчә билгеләнә.

4 Нәтиҗәләр һәм фикер алышу

4.1 Эретеп ябыштыру морфологиясе үзенчәлекләре Төрле лазер тирбәнеш режимнарында эретеп ябыштыру өслеге морфологиясе рәсемдә күрсәтелгән. Нәтиҗәләр күрсәткәнчә, гадәти туры сызыклы эретеп ябыштыруның эретеп ябыштыру өслеге тупас (78,01 мкм тупаслык), эретеп ябыштыру дулкыннарының начар дәвамлылыгы һәм эретеп ябыштыруның җитәрлек дәрәҗәдә таралмавы белән. Эретеп ябыштыруның җитәрлек дәрәҗәдә формалашмавы, көчле сиптерү һәм аскы кисү дә күзәтелде. Тирбәнеш амплитудасы һәм ешлыгы арту белән эретеп ябыштыру өслегендә тыгыз һәм бердәм балык кабырчыклары күренә. 0,5 мм, 1 мм һәм 2 мм тирбәнеш амплитудалары белән эретеп ябыштыру өслегенең тупаслыгы тиешенчә 80,71 мкм, 49,63 мкм һәм 31,12 мкм тәшкил итә. Сиптерү аркасында бернинди тигезсезлекләр яки чыгып торган урыннар юк. Нәтиҗәләр югарырак тирбәнеш ешлыгы эрегән күл агымының даимирәк булуына, лазер нурының көчлерәк болгату эффектына һәм идеальрәк эретеп ябыштыру өслегенә китерә икәнен күрсәтә. Нигездә, лазер эретеп ябыштыруның формасы лазер нурының хәрәкәте белән сәбәп-нәтиҗә бәйләнешле. Эретү вакытында тирбәнеш амплитудасы һәм ешлыгы үзгәрүе эретү тизлеген үзгәртә, шуның белән лазерның сызыклы энергия тыгызлыгына һәм гомуми җылылык керүенә тәэсир итә. Эретүнең кисемтә морфологиясе "бокал" формасында, ике өлештән тора: аскы өлеше - "сабак", ә өске өлеше - "савыт". Үтеп керү тирәнлеге һәм "сабак" тиешенчә H1 һәм H2 дип билгеләнә, ә эретүнең ("савыт") һәм "сабак" киңлекләре тиешенчә W1 һәм W2 дип билгеләнә. W1 һәм W2 эретү киңлекләре тирбәнеш амплитудасы арту белән синхрон рәвештә арта, һәм эретү морфологиясе әкренләп "бокал" формасыннан "ярымай" формасына үзгәрә. Лазерның максималь энергия тыгызлыгы траектория каплануында күренә. (b, d) һәм (c, e) рәсемнәрен чагыштырганда, сканерлау ешлыгы арту сканерлау юлы буенча траектория каплану мәйданын арттырачагын, лазер энергиясе таралуын тигезрәк итәчәген күрергә мөмкин. Ләкин, максималь энергия тыгызлыгы кимү эретү тирәнлегенең кимүенә китерәчәк.

4.2 Эретелгән күлнең торышы Сканерлау юлы эретелгән күлнең торышына йогынтысын ачыклау өчен, эретелгән күл һәм ачкыч тишегенең эволюция процессын күзәтү өчен югары тизлекле камера системасы кулланылды. (а) рәсемдә туры сызыклы юл астында эретелгән күлнең эволюция процессы күрсәтелгән. (bf) рәсемнәр - төрле тирбәнеш параметрлары астында эретелгән күлнең эволюция диаграммалары. Тирбәнеш ешлыгы һәм амплитудасы арткан саен, эретелгән күлнең арткы өлеше эретелгән күл киңлеге киңлегенең киңәюе аркасында түгәрәкләнә. Эретелгән күлнең озынлыгы арткан саен, кире таралу вакытында ачкыч тишеге атылуы нәтиҗәсендә килеп чыккан өслек тирбәнеше кими. Шуңа күрә, эретелгән сыек металл эретелгән күлнең арткы очында шома һәм даими рәвештә катып, бердәм һәм тыгыз эретеп ябыштыру балык кабырчыклары барлыкка китерә. Рәсемдә лазер белән эретеп ябыштыру вакытында ачкыч тишеге ачылу мәйданының үзгәрүе күрсәтелгән, бу эретелгән күлнең югары тизлекле фотосурәтләреннән алынган. (а) рәсемдә күрсәтелгәнчә, туры сызыклы эретеп ябыштыру вакытында ачкыч тишеге ачылу зурлыгы ачык тирбәнешләр күрсәтә. Ачкыч тишегенең ябылуының берничә очрагы (0 мм²) күзәтелде, уртача ачкыч тишеге ачылу мәйданы 0,47 мм² тәшкил итте. Тирбәнеш амплитудасының артуы шулай ук ​​тирбәнешләрне киметергә һәм тотрыклылыкны яхшыртырга мөмкин. Чөнки тирбәнешле эретеп ябыштыруда энергиянең зуррак өлеше ике якка да бүленә. Шуңа күрә ачкыч тишегендәге чыгу киңәя, ә тирбәнеш амплитудасы арта, шуның белән ачылу мәйданы арта. Амплитуданың артуы лазер нурының болгату диапазонын киңәйтә, ачкыч тишегенең периодик хәрәкәт радиусы киңәя. Эретелгән металлның ябышлыгы һәм ачкыч тишеге дивары янында тәэсир итүче гидродинамик басым аркасында, ачкыч тишеге тишеге янындагы эретеп ябыштыру бассейнында дулкынлы агым хәрәкәте барлыкка килә. Ачкыч тишеге ачылу мәйданының киңәюе аның тотрыклылыгын арттыра, күбекләр барлыкка килүдән саклый һәм шулай итеп, мәсамәлелекне сизелерлек тоткарлый.

4.3 Микроструктура Рәсемдә төрле тирбәнеш ешлыклары һәм амплитудалары астында эретеп ябыштыру кисемтәсенең EBSD морфологиясе күрсәтелгән. Лазер эретеп ябыштыруының кушылу сызыгы янында, баганасыман дендрит бөртекләре эретеп ябыштыру үзәгенә таба үсә. (а) рәсемдә күрсәтелгәнчә, "савыт" һәм "сабак" өлкәләре арасында баганасыман бөртекләр таралышында ачык аермалар күзәтелә. Баганасыман бөртекләр "савыт" стенасы буйлап U-формасында, ә "сабак" өлкәсендә баганасыман бөртекләр кушылу сызыгы буйлап U-формасында таралган. Эретеп ябыштыру кату вакытында, кушылу зонасындагы өлешчә катыган бөртекләр катылану фронты өчен ядролашу урыннары булып хезмәт итә һәм максималь температура градиенты юнәлеше буенча эрегән бассейн чигенә перпендикуляр рәвештә үсә. Бу күренеш лазерның югары энергия тыгызлыгы эретеп ябыштыру бассейны эчендә артык кызуга китергәнлектән барлыкка килә. Югарырак җылылык градиенты G һәм уртача үсеш тизлеге R G/R микроструктура трансформациясе өчен бусагадан зуррак итә, нәтиҗәдә баганасыман бөртекләр барлыкка килә. Эретү үзәгендә температура градиенты G кими, бу G/R нисбәтенең микроструктура трансформациясе бусагасыннан әкренләп түбәнәюенә китерә, тигез күчәрле бөртекләргә күчә. Тигез күчәрле бөртекләр "савыт"ның да, "саба"ның да үзәк өлешләрендә урнашкан. Эретүнең "саба"сы тар һәм төп материалга якын булганлыктан, суыну вакытында "саба" өлкәсенә кадәр тулысынча катып кала. Катыган "саба" өлеше "савыт" төбендә бөдрәләнү урыны булып хезмәт итә, багана бөртекләренең өскә үсүенә ярдәм итә. Рәсемдә туры сызыклы һәм тирбәлүче эретү процесслары күрсәтелгән. Лазер тирбәлүче эретүдә лазер нуры позициясенең өзлексез үзгәрүе арадаш эретелгән бассейнның озынлыгын арттыра, инде катып калган металлны яңадан эретә, нәтиҗәдә бөртек үсеш тизлеге r кимүенә китерә. Бу түбән тигез күчәрле бөртек зонасында G/R кимүенә китерергә мөмкин.

4.4 Күзәнәклелек бүленеше Өч үлчәмле рентген томографиясе эретеп ябыштыруны комплекслы тикшерү өчен кулланылды, рәсемдә күрсәтелгәнчә, эретеп ябыштырудагы мәсамәләрнең өч үлчәмле бүленеше алынды. Күзәнәклелек мәсамәләрнең гомуми күләмен эретеп ябыштыруның гомуми күләменә бүлү буларак исәпләнә. Туры сызыклы лазер тирбәлүче эретеп ябыштыруларның һәм түгәрәк лазер тирбәлүче эретеп ябыштыруларның мәсамә морфологиясен һәм бүленешен чагыштырып, туры сызыклы лазер тирбәлүче эретеп ябыштыруларда зуррак күләмле мәсамәләрнең булуы ачыкланды, аларның мәсамәлелеге 2,49% тәшкил итә, бу түгәрәкләргә караганда күпкә югарырак.лазер тирбәнешле эретеп ябыштырулар. (b, c) һәм (d, e) рәсемнәрен чагыштырып караганда, тирбәнеш ешлыгын арттыру мәсамәләрнең барлыкка килүен тоткарларга ярдәм итә. (b, d) һәм (c, e) рәсемнәрен чагыштырып караганда, тирбәнеш амплитудасының артуы мәсамәләрнең барлыкка килүен тоткарлауда да мөһим роль уйный. Тирбәнеш амплитудасы тагын да 2 мм га кадәр арттырылганда ((f) рәсем), мәсамәлек тагын да 0,22% ка кадәр кими, бары тик кечкенә күләмле һәм кечкенә мәсамәлекләр генә кала. Рәсемдә эретеп ябыштыру үзәк сызыгыннан төрле ераклыктагы мәсамә мәйданы бүленеше күрсәтелгән, мәсамә мәйданы зурлыгына нигезләнгән мәсамәлекне күрсәтә. Туры сызыклы эретеп ябыштыру өчен, мәсамә мәйданы эретеп ябыштыру үзәк сызыгы буенча симметрик рәвештә бүленә һәм эретеп ябыштыру үзәк сызыгыннан ераклашу белән әкренләп кими. Нәтиҗәләр күрсәткәнчә, ачкыч тишекләре китереп чыгарган мәсамәлекләр, нигездә, эретеп ябыштыру үзәк сызыгындагы эретелгән күл артында тупланган. Лазер тирбәнешле эретеп ябыштыру өчен, мәсамә таралышы симметриясе көчсезләнә. Рәсемдә эретеп ябыштыру өслегеннән төрле ераклыктагы мәсамә мәйданы күрсәтелгән, монда кызыл сызык "савыт" һәм "саба" өлкәләре арасындагы чикне күрсәтә. Зур мәсамәләрнең доминант булганда (рәсемнәр (ac)), чик өстендәге мәсамә мәйданы 85% тан артык тәшкил итә. Чөнки озын итудиналь чиктәге контур күчүе эретеп ябыштыру бассейнында күбекләрне тотып калу ихтималы зуррак, һәм тотып калган күбекләр калкулык йогынтысында өскә таба күчә. Кечкенә мәсамәләрнең доминант булганда (рәсемнәр (df)), мәсамә чик сызыгыннан 0,5 мм астагы мәйданда тупланган. Бу күренешнең сәбәпләре кыска суыту вакыты һәм өскә таба кечкенә күчү булырга мөмкин.

5 Нәтиҗә

(1) Төрле лазер тирбәнеш режимнары эретеп ябыштыру өслегенә ачык йогынты ясый. Югарырак амплитуда һәм ешлык өслек сыйфатын яхшыртырга мөмкин, ә артык зур тирбәнеш параметрлары тупаслыкны арттырырга һәм батынкы кимчелекләр китереп чыгарырга мөмкин.

(2) Эретеп ябыштыру формасы, нигездә, лазер тирбәнеш параметрлары белән билгеләнә, алар эретеп ябыштыру тизлегенә, энергия бүленешенә һәм гомуми җылылык керүенә тәэсир итә. Тербәнеш амплитудасы арткан саен, эретеп ябыштыру морфологиясе "бокал"дан "ярымай"га үзгәрә, һәм аспектлар нисбәте кими.

(3) Тирбәнеш амплитудасы һәм ешлыгы арткан саен, эрегән күл киңәя, ә арткы өлеше түгәрәкләнә. Тирбәнеш эффекты эрегән күлнең озынлыгын арттыра, бу күбекнең чыгуына һәм тигез катылануга файдалы. Туры сызыклы эретеп ябыштыру вакытында ачкыч тишеге ачылу мәйданы үзгәрә; чагыштырмача, бу тирбәнешне киметергә мөмкин, эретеп ябыштыруның тотрыклылыгын яхшырта.

(4) Тирбәнеш амплитудасын һәм ешлыгын арттыру җылылык градиентын да, үсеш тизлеген дә киметә, бу зур бөртекләр формалашуы өчен файдалы. Ләкин лазер болгату эффекты бөртекләр зурлыгын яхшыртуга һәм текстура ныклыгын яхшыртуга ярдәм итә. Төрле лазер параметрлары астында эретеп ябыштыру катылыгы чагыштырмача тотрыклы булып кала, төп материалныкыннан бераз түбәнрәк, бу магнийның парга әйләнүе аркасында югалуы белән бәйле булырга мөмкин.

(5) Өч үлчәмле рентген томографиясе күрсәткәнчә, туры сызыклы эретеп ябыштыру тирбәлүче эретеп ябыштыруга караганда югарырак мәсамәлелеккә (2,49%) һәм мәсамә күләме зуррак. Тирбәлү параметрларын арттыру мәсамәлелекне сизелерлек киметергә мөмкин, хәтта амплитудасы 2 мм булганда да 0,22% ка җитә. Мәсамә мәйданы бүленеше тирбәлү белән үзгәрә: зур мәсамә эрегән күл артында җыела, ә кечкенә мәсамәләрнең симметриясе яхшырак. Зур мәсамәләрнең күбесенчә "савыт" һәм "сабак" өлкәләре арасындагы чик өстендә урнашкан, ә кечкенә мәсамәләрнең күләме чик астында тупланган.