Lasera Veldado - La Influo de Oscilaj Parametroj sur Alĝustigebla Ringa Reĝimo (BRAKO) Lasera Veldado de Aluminiaj Alojoj

Lasera Veldado - La Influo de Oscilaj Parametroj sur Alĝustigebla Ringa Reĝimo (BRAKO) Lasera Veldado de Aluminiaj Alojoj

1. Abstraktaĵo

Ĉi tiu studo esploras la efikojn de oscilada amplitudo kaj frekvenco sur la surfackvalito, makro- kaj mikrostrukturoj, kaj poreco de alĝustigebla ringoreĝimo (ARM).lasero oscilanta velditaPlatoj el aluminia alojo A5083. La rezultoj montras, ke kun la pliiĝo de la oscila amplitudo kaj frekvenco, la kvalito de la veldsurfaco pliboniĝas. Dum la amplitudo pliiĝas, la veldsekco transformiĝas de "pokalforma" formo al "lunarka" formo. Mikrostruktura analizo indikas, ke la grenograndeco de la veldsuturo ne malpliiĝas kun la pliiĝo de la oscila amplitudo kaj frekvenco pro la konkurenco inter la kirlefiko kaj la redukto de la malvarmiĝrapideco. La veldporeco malpliiĝas kun la pliiĝo de la oscilaj parametroj, atingante finan porecon de 0.22% kiam la amplitudo estas 2 mm. Tridimensia rentgen-tomografio plue konfirmas la influon de oscilado sur la pordistribuo: grandaj poroj emas agregiĝi malantaŭ la fandita naĝejo, dum malgrandaj poroj montras pli bonan simetrion. Ĉi tiu esplorado provizas valorajn komprenojn por optimumigi oscilajn parametrojn por atingi altkvalitan laserveldadon en aplikoj de aluminia alojo A5083.

2 Industria Fono

Aluminiaj alojoj havas la avantaĝojn de malpeza pezo, alta specifa forto kaj bona korodrezisto, kaj estas vaste uzataj en aŭtomobila, rapidtrajno, aerspaca kaj aliaj industrioj. Lasera veldado havas la avantaĝojn de alta efikeco, malgranda varmo-influita zono kaj malgranda velda deformado. Tial,lasera veldado estas ekonomia veldmetodo taŭga por dikaj platoj, kiu povas multe redukti la nombron de veldtrairoj. Poreco estas signifa difekto en lasera veldado de aluminiaj alojoj, kiu grave influas la mekanikajn ecojn de velditaj juntoj. Tial, ampleksaj studoj estis faritaj por redukti kaj elimini porecan formadon, inkluzive de optimumigo de ŝirma gaso, apliko de duobla-traba teknologio, uzado de modulitaj laseraj potencaj sistemoj, kaj adopto de oscilantaj trabaj metodoj. Lasera oscilanta velda teknologio elstaras pro sia kapablo kombini la avantaĝojn de lasera veldado kun siaj propraj karakterizaĵoj. Uzado de lasera oscilanta veldado povas ne nur redukti porecon, sed ankaŭ plibonigi la mikrostrukturon de la veldado kaj plibonigi la veldkvaliton. Granda nombro da studoj ĉefe fokusiĝis al diversaj aspektoj de lasera oscilanta veldado, inkluzive de porecoredukto, optimumigo de energidistribuo, rafinado de grenostrukturo, kaj karakterizado de fandfluo en la fandita naĝejo. La distribuo de lasera energio ludas decidan rolon en la temperaturdistribuo kaj penetra profundo de lasera veldado. Ĉe certa oscila amplitudo, kun la pliiĝo de skanadfrekvenco, la velda procezo transiras de profunda penetra veldado al malstabila veldado, kaj fine al varmokondukta veldado. La rezultoj montras, ke pliigo de la skanada amplitudo kaj frekvenco povas redukti la porecon, sed ankaŭ signife redukti la penetran profundon de la veldo, tiel reduktante la mekanikajn ecojn de la veldo. En la lastaj jaroj, oni evoluigis alĝustigeblan ringan reĝiman (ARM) laseron, kiu dividas la laseran energion en kernon kun alta energidenseco kaj ringon kun malalta energidenseco, celante stabiligi la ŝlosiltruon kaj plibonigi la veldkvaliton. Esploristoj uzis ARM-laseran oscilan veldadon por veldi 6xxx alt-fortajn aluminiajn alojojn sub malsamaj kerno/ringo-potencaj proporcioj kaj oscilaj larĝoj. La eksperimentaj rezultoj montras, ke la ĉefa faktoro influanta la veldgeometrion estas la oscila larĝo, anstataŭ la kerno-ringa potencproporcio. Tamen, la pora distribuo kaj ĝia inhibicia mekanismo sub la supermeto de oscilado kaj ARM-lasero ne estis studitaj. En ĉi tiu artikolo, nova ARM-lasera oscilanta velda teknologio estas adoptita por redukti la porecon de la veldo, atingi pli altan penetran profundon kaj pli bonan veldkvaliton. Ampleksa studo pri lasera energidistribuo, dinamika konduto de fandita naĝejo kaj mikrostrukturo sub malsamaj oscilaj frekvencoj kaj amplitudoj estas efektivigita.

3. Eksperimentaj Celoj kaj Proceduroj

Cirkla lasera oscila velda teknologio estis uzata por veldi aluminiajn alojojn. La baza materialo (BM) estis 5083-O aluminia alojo kun dimensioj de 300mm × 100mm × 5mm (longo × larĝo × dikeco), kaj ĝia kemia konsisto estas montrita en la tabelo. Antaŭ veldado, la specimenoj estis poluritaj por forigi la surfacan oksidan filmon, poste purigitaj per acetono en ultrasona bano dum 15 minutoj por forigi surfacan oleon. Lalasera veldsistemoĉefe konsistas el Kuka-roboto, TruDisk 8001 diska lasero, kaj 3D PFO-galvanometra skanilo. La TruDisk 8001 diska lasero estis uzata kiel la alĝustigebla ringoforma laserfonto, kun kerno/ringofibra proporcio de 100/400 μm kaj maksimuma elira potenco de 8 kW (ondolongo de 1030 nm, parametro pri kvalito de la radio de 4.0 mm·rad). La lasera radio konsistas el kerna parto kaj ringa parto, kie la lasero en la centra kerna parto generas ŝlosiltruon (60% de la lasera energio), kaj la lasero en la ringa parto certigas bonan temperaturdistribuon (40% de la lasera energio), kiel montrite en Figuro (b). La fokusaj distancoj de la kolimatoro kaj fokusa lenso estas 138 mm kaj 450 mm, respektive. Dum la velda procezo, oni uzis altrapidan fotilon Phantom V1840 kaj altfrekvencan lumfonton Cavilux por monitori la veldadon en reala tempo, kun fota rapido de 5000 kadroj po sekundo kaj ekspona tempo de 1 μs. En ĉi tiu studo, la trajektorio de la cirkla radioscilado, la movovojo de la lasero, kaj la tuja rapido estas difinitaj kiel montrite en la figuro.

4 Rezultoj kaj Diskuto

4.1 Karakterizaĵoj de la Morfologio de la Veldsurfaco La morfologioj de la veldsurfaco sub malsamaj laseraj oscilaj reĝimoj estas montritaj en la figuro. La rezultoj montras, ke la veldsurfaco de konvencia rektlinia veldado estas malglata (malglateco de 78.01 μm), kun malbona kontinueco de la veldaj ondetoj kaj nesufiĉa disvastiĝo de la veldsurfaco. Oni ankaŭ observis nesufiĉan veldformadon, severajn ŝprucojn kaj subtranĉojn. Kun la pliiĝo de la oscila amplitudo kaj frekvenco, la veldsurfaco prezentas densajn kaj unuformajn fiŝskvamojn. La surfaca malglateco de veldsuturoj kun oscilaj amplitudoj de 0.5 mm, 1 mm kaj 2 mm estas 80.71 μm, 49.63 μm kaj 31.12 μm, respektive. Ne estas neregulaĵoj aŭ elstaraĵoj kaŭzitaj de ŝprucoj. La rezultoj indikas, ke pli alta oscila frekvenco kondukas al pli regula fluo de fandita naĝejo, pli forta kirlefiko de la lasera radio kaj pli ideala veldsurfaco. Fundamente, la formo de la lasera veldo estas kaŭze rilata al la movado de la lasera radio. Dum veldado, ŝanĝoj en oscila amplitudo kaj frekvenco ŝanĝas la veldrapidecon, tiel influante la linian energidensecon kaj la totalan varmoeniron de la lasero. La transversa morfologio de la veldo estas "pokalforma", konsistanta el du partoj: la malsupra parto estas la "tigo", kaj la supra parto estas la "bovlo". La penetroprofundo kaj la "tigo" estas difinitaj kiel H1 kaj H2, respektive, kaj la larĝoj de la veldo ("bovlo") kaj la "tigo" estas difinitaj kiel W1 kaj W2, respektive. Ambaŭ veldlarĝoj W1 kaj W2 pliiĝas sinkrone kun la pliiĝo de la oscila amplitudo, kaj la veldmorfologio iom post iom transformiĝas de "pokalforma" formo al "lunarka" formo. La maksimuma lasera energidenseco aperas ĉe la trajektoria interkovro. Komparante figurojn (b, d) kaj (c, e), oni povas vidi, ke la pliiĝo de skanadfrekvenco pliigos la trajektorian interkovran areon laŭlonge de la skanada vojo, igante la laseran energidistribuon pli unuforma. Tamen, la redukto de la maksimuma energidenseco kondukos al malpliiĝo de la veldprofundo.

4.2 Konduto de la Fandita Naĝejo Por klarigi la influon de la skanada vojo sur la konduton de la fandita naĝejo, oni uzis rapidfotan kameraan sistemon por observi la evoluan procezon de la fandita naĝejo kaj ŝlosiltruo. Figuro (a) montras la evoluan procezon de la fandita naĝejo laŭ rekta vojo. Figuroj (bf) estas la evoluaj diagramoj de la fandita naĝejo sub malsamaj oscilaj parametroj. Kun la pliiĝo de la oscila frekvenco kaj amplitudo, la malantaŭa parto de la fandita naĝejo fariĝas pli ronda pro la disetendiĝo de la larĝo de la fandita naĝejo. Dum la longo de la fandita naĝejo pliiĝas, la surfaca fluktuo kaŭzita de ŝlosiltrua erupcio malpliiĝas dum malantaŭa disvastiĝo. Tial, la fandita likva metalo solidiĝas glate kaj regule ĉe la malantaŭa fino de la fandita naĝejo, formante unuformajn kaj densajn veldfiŝajn skvamojn. La figuro montras la ŝanĝon de la ŝlosiltrua malferma areo dum lasera veldado, kiu estas derivita de la rapidfotaj fotografiaj bildoj de la fandita naĝejo. Kiel montrite en Figuro (a), dum rekta veldado, la grandeco de la ŝlosiltrua malferma areo montras evidentajn fluktuojn. Pluraj kazoj de ŝlosiltrua fermo (0 mm²) estis observitaj, kun averaĝa ŝlosiltrua malferma areo de 0.47 mm². La pliiĝo de la oscila amplitudo ankaŭ povas redukti fluktuojn kaj plibonigi stabilecon. Ĉi tio estas ĉar en oscila veldado, pli granda proporcio de energio estas distribuita al ambaŭ flankoj. Tial, la elirejo sur la ŝlosiltruo disetendiĝas, kaj la oscila amplitudo pliiĝas, tiel pliigante la malferman areon. La pliiĝo de la amplitudo vastigas la kirlan gamon de la lasera radio, kondukante al la vastiĝo de la radiuso de la perioda movado de la ŝlosiltruo. Pro la viskozeco de la fandita metalo kaj la hidrodinamika premo aganta proksime al la ŝlosiltrua muro, kirloflua movado okazas en la fandita naĝejo de la veldado proksime al la ŝlosiltrua malfermaĵo. La vastiĝo de la ŝlosiltrua malferma areo plibonigas ĝian stabilecon, evitas la formadon de vezikoj, kaj tiel signife inhibas porecon.

4.3 Mikrostrukturo La figuro montras la EBSD-morfologion de la veldsekco sub malsamaj oscilaj frekvencoj kaj amplitudoj. Proksime al la fuziolinio de la lasera veldo, kolonecaj dendritaj grajnoj kreskas direkte al la veldcentro. Kiel montrite en Figuro (a), inter la regionoj "bovlo" kaj "tigo", evidentaj diferencoj en la koloneca grenodistribuo povas esti observitaj. Kolonecaj grajnoj estas distribuitaj en U-formo laŭlonge de la "bovlo"-muro, dum en la regiono "tigo", kolonecaj grajnoj estas distribuitaj en U-formo laŭlonge de la fuziolinio. Dum la solidiĝo de la veldo, la parte solidigitaj grajnoj en la fuziozono agas kiel nukleaj lokoj por la solidiĝa fronto kaj prefere kreskas perpendikulare al la limo de la fandita naĝejo laŭ la direkto de la maksimuma temperaturgradiento. Ĉi tiu fenomeno okazas ĉar la alta potencdenseco de la lasero kondukas al trovarmiĝo ene de la veldnaĝejo. La pli alta termika gradiento G kaj modera kreskorapideco R igas G/R pli granda ol la sojlo por mikrostruktura transformo, rezultante en la formado de kolonecaj grajnoj. La temperaturgradiento G ĉe la veldcentro malpliiĝas, kaŭzante ke la G/R-proporcio iom post iom falu sub la mikrostrukturan transformosojlon, transirante al egalaksaj grajnoj. Ekviaksaj grajnoj situas en la centraj partoj de kaj la "bovlo" kaj la "tigo". Ĉar la "tigo" de la veldsuturo estas mallarĝa kaj proksima al la baza materialo, ĝi tute solidiĝas antaŭ la "bovla" regiono dum malvarmiĝo. La solidigita "tigo"-parto agas kiel nuklea loko ĉe la fundo de la "bovlo", antaŭenigante la supreniran kreskon de kolonecaj grajnoj. La figuro montras la rektliniajn kaj oscilajn veldajn procezojn. Estas montrite, ke la kontinua ŝanĝo de la laserradia pozicio en laseroscila veldado pliigos la longon de la meza fandita naĝejo, refandante la jam solidigitan metalon, rezultante en malpliiĝo de la grena kreskorapideco r. Ĉi tio povas konduki al malpliiĝo de G/R en la pli malalta egalaksa grena zono.

4.4 Distribuo de Poreco Tridimensia rentgena tomografio estis uzata por fari ampleksan inspektadon de la veldo, akirante la tridimensian distribuon de poroj en la veldo, kiel montrite en la figuro. Poreco estas kalkulata kiel la tuta volumeno de poroj dividita per la tuta volumeno de la veldo. Komparante la poran morfologion kaj distribuon de rektliniaj laseroscilaj veldoj kaj cirklaj laseroscilaj veldoj, oni trovis, ke rektliniaj laseroscilaj veldoj enhavas pli da grandvolumenaj poroj, kun poreco de 2.49%, kio estas signife pli alta ol tiu de cirklaj...laseraj oscilantaj veldsuturojKomparante figurojn (b, c) kaj (d, e), oni povas vidi, ke pliigo de la oscila frekvenco helpas inhibicii la formadon de poroj. Komparante figurojn (b, d) kaj (c, e), oni povas vidi, ke la pliigo de la oscila amplitudo ankaŭ ludas signifan rolon en inhibicio de porformado. Kiam la oscila amplitudo plue pliiĝas ĝis 2 mm (figuro (f)), la poreco plue reduktiĝas ĝis 0,22%, lasante nur malgrandvolumenajn kaj malgrandajn porojn. La figuro prezentas la distribuon de la pora areo je malsamaj distancoj de la veldcentra linio, reprezentante la porecon bazitan sur la grandeco de la pora areo. Por rektlinia veldado, la pora areo estas simetrie distribuita laŭlonge de la veldcentra linio, kaj iom post iom malpliiĝas kun la pliiĝo de la distanco de la veldcentra linio. La rezultoj montras, ke ŝlosiltruo-induktitaj poroj estas ĉefe koncentritaj malantaŭ la fandita naĝejo ĉe la veldcentra linio. Por lasera oscila veldado, la simetrio de la pora distribuo malfortiĝas. La figuro montras la porareon je malsamaj distancoj de la veldsurfaco, kie la ruĝa linio reprezentas la limon inter la regionoj "bovlo" kaj "tigo". En la kazo de dominaj grandaj poroj (Figuroj (ac)), la porareo super la limo konsistigas pli ol 85%. Ĉi tio estas ĉar la kontura transiro ĉe la longa horizontala limo pli verŝajne kaptos vezikojn en la veldflako, kaj la kaptitaj vezikoj emas migri supren sub la influo de flosemo. En la kazo de dominaj malgrandaj poroj (Figuroj (df)), la poroj estas koncentritaj en la areo ene de 0.5 mm sub la limlinio. La mallonga malvarmiĝtempo kaj malgranda suprena delokiĝo povas esti la kialoj de ĉi tiu fenomeno.

5 Konkludoj

(1) Malsamaj laseraj oscilaj reĝimoj havas evidentajn efikojn sur la veldsurfaco. Pli alta amplitudo kaj frekvenco povas plibonigi la surfacokvaliton, dum troe grandaj oscilaj parametroj povas pliigi la malglatecon kaj kaŭzi konkavajn difektojn.

(2) La formo de la veldaĵo estas ĉefe determinita de laseraj oscilaj parametroj, kiuj influas la veldrapidecon, la energidistribuon kaj la totalan varmoeniron. Kun la pliiĝo de la oscila amplitudo, la velda morfologio ŝanĝiĝas de "pokalforma" al "lunarkoforma", kaj la bildformato malpliiĝas.

(3) Kun la pliiĝo de oscila amplitudo kaj frekvenco, la fandita naĝejo plilarĝiĝas kaj la malantaŭa parto rondiĝas. La oscila efiko pligrandigas la longon de la fandita naĝejo, kio utilas por vezika eliro kaj unuforma solidiĝo. Dum rekta veldado, la areo de la ŝlosiltruo fluktuas; relative parolante, ĉi tiu fluktuo povas esti reduktita, plibonigante la veldadan stabilecon.

(4) Pligrandigo de la oscila amplitudo kaj frekvenco reduktas kaj la termikan gradienton kaj la kreskorapidecon, kio utilas al la formado de grandaj grengrandecoj. Tamen, la lasera kirlado-efiko favoras rafinadon de la grengrandeco kaj plibonigon de la tekstura forto. Sub malsamaj laseraj parametroj, la malmoleco de la veldaĵo restas relative stabila, iomete pli malalta ol tiu de la baza materialo, kio eble ŝuldiĝas al la vaporiĝa perdo de magnezio.

(5) Tridimensia rentgena tomografio montras, ke rektlinia veldado havas pli altan porecon (2,49%) kaj pli grandan porvolumenon ol oscila veldado. Pliigo de oscilaj parametroj povas signife redukti porecon, eĉ atingante 0,22% kiam la amplitudo estas 2 mm. La distribuo de porareo ŝanĝiĝas kun oscilado: grandaj poroj agregas malantaŭ la fandita naĝejo, kaj malgrandaj poroj havas pli bonan simetrion. Grandaj poroj estas ĉefe distribuitaj super la limo inter la "bovlo" kaj "tigo" regionoj, dum malgrandaj poroj estas koncentritaj sub la limo.