Lasera Radio-Veldado, kun sia alta rapideco, alta precizeco kaj nekontaktaj karakterizaĵoj, estas vaste aplikata en kampoj kiel aŭtomobiloj, aerspaca industrio kaj elektronikaj aparatoj, precipe montrante unikajn avantaĝojn en la kunigo de malsamaj materialoj. Tamen, la solidiĝaj fendetoj (Solidiga Fendado) generitaj dum la veldado estas unu el la ŝlosilaj difektoj, kiuj limigas ĝian industrian aplikon. Ĉi tiuj fendetoj kutime okazas ĉe la fino de solidiĝo en la fuzia zono (Fuzia Zono), ekigitaj de la kombinitaj efikoj de termika streĉo, solidiĝa ŝrumpado kaj la likva filmo sur la grenlimoj, signife reduktante la mekanikajn ecojn kaj lacecan vivon de la junto.
1. Formacia mekanismo
La kerna mekanismo de solidiĝaj fendetoj kuŝas en la resta likva filmo ĉe la grenlimoj fine de solidiĝo. Dum la solidiĝa procezo, la fandita naĝejo estas dividita en tri zonojn: la libera likva zono, la limigita likva zono, kaj la solida zono, kiel montrite en Figuro 1. En la limigita likva zono, la likva fluo estas blokita kaj ne povas kompensi la streĉon generitan de solidiĝa ŝrumpado, rezultante en grenlima disiĝo. La rilatumo de grenlima energio (γgb) al solid-likva interfaca energio (γsl) determinas la stabilecon de la likva filmo: se γgb < 2γsl, la likva filmo estas malstabila kaj grenkunfandiĝo okazas; inverse, la likva filmo estas stabila kaj fendetiĝo emas okazi.
Krome, la formado de solidiĝaj fendetoj ankaŭ rilatas al la metalurgiaj ecoj de la materialoj. Malsamaj materialoj havas apartajn solidiĝajn karakterizaĵojn, kiel ekzemple la temperaturintervalon de solidiĝo, la solidiĝan ŝrumpripidecon, kaj la distribuon de alojelementoj, ktp. Ĉi tiuj karakterizaĵoj influas la sentemon de fendetoj. Ekzemple, en materialoj enhavantaj grandan kvanton da malalt-fandopunktaj eŭtektikaj fazoj, la sentemo de solidiĝaj fendetoj estas pli alta ĉar ĉi tiuj eŭtektikaj fazoj emas formi kontinuajn likvajn filmojn dum solidiĝo, tiel intensigante la formadon de fendetoj.
Dum lalasera velda procezoVeldaj parametroj kiel lasera potenco, veldrapideco kaj punktograndeco ankaŭ influas la formadon de solidiĝaj fendetoj. Ĉi tiuj parametroj influas la varmoneniron kaj temperaturgradienton dum la velda procezo, tiel ŝanĝante la solidiĝan strukturon kaj grenmorfologion. Ekzemple, pli alta lasera potenco kaj pli malalta veldrapideco rezultigas pli grandan varmoneniron kaj pli malrapidan malvarmiĝrapidecon, kiu antaŭenigas kreskon de kolonecaj kristaloj kaj pliigas la fendosentemon. Male, pli malalta lasera potenco kaj pli alta veldrapideco kondukas al pli malgranda varmoneniro kaj pli rapida malvarmiĝrapideco, faciligante la formadon de egalaksaj kristaloj kaj reduktante la fendosentemon.
2. Subpremaj mezuroj
Por efike subpremi la solidiĝajn fendetojn enlasera veldado, esploristoj proponis diversajn strategiojn, kiuj ĉefe celas kontroli la grenstrukturon, optimumigi la veldajn parametrojn kaj plibonigi la materialajn ecojn. Rafinante la grenstrukturon, la nombro de grenlimoj povas esti pliigita, kaj la streĉkoncentriĝo povas esti reduktita, tiel reduktante la formadon de fendetoj. Studoj montris, ke per uzado de laserradia osciladoteknologio, kolonecaj kristaloj povas esti transformitaj en fajnajn egalaksajn kristalojn sen aldono de aliaj materialoj. Lasera radia oscilado povas disigi laserenergion, kaŭzante turbulencon en la fandita naĝejo, tiel rompante la kreskodirekton de kolonecaj kristaloj kaj antaŭenigante la formadon de egalaksaj kristaloj, kiel montrite en Figuro 3. Krome, laserradia oscilado ankaŭ povas pliigi la larĝon de la fandita naĝejo, redukti la temperaturgradienton kaj plilongigi la solidiĝtempon de la fandita naĝejo, kio favoras la difuzon de solvaĵoj kaj la replenigon de likvaj filmoj, tiel signife reduktante la sentemon de solidiĝfendetoj.
Distribuo de grenlimaj likvaj filmoj sub malsamaj naĝejformoj.
Skemo de la velda fandita lageto, a, b) sen oscilado, c, d) laterala oscilado, e, f) longituda oscilado, g, h) ĉirkaŭa oscilado.
Aldone al lalasera radioOscila teknologio, uzante duoblajn laserfontojn, estas ankaŭ unu el la efikaj metodoj por subpremi solidiĝajn fendetojn. Duoblaj laserfontoj povas atingi la transformon de kolonecaj kristaloj al egalaksaj kristaloj per optimumigo de la termika ciklo, tiel reduktante grenograndecon kaj trostreĉkoncentriĝon. Ekzemple, uzante CO₂-laseron kiel la ĉefan varmofonton kaj Nd:YAG-pulsan laseron kiel la helpan varmofonton, optimumigita termika ciklo povas esti formita dum veldado, antaŭenigante la formadon de egalaksaj kristaloj kaj reduktante la sentemon de solidiĝaj fendetoj, kiel montrite en Figuro 4.
Optimumigi veldajn parametrojn estas ankaŭ grava rimedo por subpremi solidiĝajn fendetojn. Per agordado de parametroj kiel lasera potenco, veldrapideco kaj punktograndeco, la varmena enigo kaj temperaturgradiento dum la velda procezo povas esti kontrolitaj, tiel influante la solidiĝan strukturon kaj grenmorfologion. Studoj montris, ke antaŭvarmigado povas redukti la malvarmiĝan rapidon, antaŭenigi la formadon de egalaksaj kristaloj, kaj tiel redukti la sentemon de solidiĝaj fendetoj, kiel montrite en Figuro 5. Krome, metodoj kiel uzado de pulsa laserveldado kaj pliigo de la veldrapideco ankaŭ povas atingi la transformon de kolonecaj kristaloj al egalaksaj kristaloj per ŝanĝo de la varmena enigo kaj malvarmiĝa rapido, tiel reduktante la sentemon de fendetoj.
Figuro 5. a) Nehejtitaj, b) 300°C antaŭhejtitaj egalaksaj grajnoj.
Kiam oni veldas malsimilajn materialojn per laseroj, pro la signifaj diferencoj en fizikaj kaj kemiaj ecoj inter la materialoj, fragilaj intermetalaj kombinaĵoj emas formiĝi, kio estas unu el la ĉefaj kaŭzoj de solidiĝaj fendetoj. Tial, alĝustigi laserajn parametrojn kaj agordojn por redukti la formiĝon aŭ kvanton de intermetalaj kombinaĵoj estas ankaŭ grava strategio por subpremi solidiĝajn fendetojn. Ekzemple, en la lasera veldado de kupro-aluminiaj malsimilaj materialoj, per kontrolado de la delokigo de la lasera radio kaj la veldrapido, la miksa proporcio de kupro kaj aluminio en la fandita naĝejo povas esti reduktita, tiel malpliigante la formiĝon de fragilaj intermetalaj kombinaĵoj kaj reduktante la sentemon de fendetoj. Krome, la uzo de plenigaĵoj ankaŭ povas plibonigi la funkciadon de la veldita junto kaj redukti la formiĝon de fendetoj. Plenigaĵoj povas redukti la formiĝon de intermetalaj kombinaĵoj per ŝanĝo de la konsisto kaj mikrostrukturo de la veldita junto kaj plibonigi la fortecon de la veldita junto.
Solidiĝaj fendetoj estas unu el la oftaj difektoj en laserveldaj procezoj. Ilia formiĝmekanismo estas kompleksa kaj implikas la interagadon de pluraj faktoroj kiel varmo, mekaniko kaj metalurgio. Per profunda studado de la formiĝmekanismo de solidiĝaj fendetoj, oni povas provizi teorian bazon por subpremi ilin. En la lastaj jaroj, esploristoj proponis diversajn strategiojn por subpremi solidiĝajn fendetojn, kiuj ĉefe celas kontroli la grenstrukturon, optimumigi veldajn parametrojn kaj plibonigi la materialajn ecojn. Praktiko pruvis, ke ĉi tiuj strategioj povas efike redukti la sentemon de solidiĝaj fendetoj ĝis certa grado kaj plibonigi la kvaliton kaj fidindecon de laserveldado. Tamen, pro la komplekseco kaj diverseco de la laservelda procezo, ankoraŭ ekzistas iuj mankoj en la nuna esplorado. Ekzemple, por la inhibiciaj mekanismoj de solidiĝaj fendetoj sub malsamaj materialoj kaj veldaj kondiĉoj, plia profunda esplorado ankoraŭ necesas.
Afiŝtempo: 20-a de marto 2025
