Laserstraallassen, mei syn hege snelheid, hege presyzje en kontaktleaze skaaimerken, wurdt breed tapast yn fjilden lykas auto's, loftfeart en elektroanyske apparaten, en toant foaral unike foardielen by it ferbinen fan ferskillende materialen. De stollingsbarsten (Solidification Cracking) dy't ûntsteane tidens it lasproses binne lykwols ien fan 'e wichtichste defekten dy't syn yndustriële tapassing beheine. Dizze barsten ûntsteane meastentiids oan 'e ein fan stolling yn 'e fusiesône (Fusionsône), feroarsake troch de kombineare effekten fan termyske stress, stollingskrimp en de floeibere film op 'e nôtgrinzen, wêrtroch't de meganyske eigenskippen en wurgenslibbensduur fan 'e ferbining signifikant ferminderje.
1. Formaasjemeganisme
It kearnmeganisme fan stollingsbarsten leit yn 'e oerbleaune floeibere film by de nôtgrinzen oan 'e ein fan stolling. Tidens it stollingsproses wurdt de smeltende plas ferdield yn trije sônes: de frije floeibere sône, de beheinde floeibere sône en de fêste sône, lykas te sjen is yn figuer 1. Yn 'e beheinde floeibere sône wurdt de floeibere stream blokkearre en kin net kompensearje foar de spanning dy't ûntstiet troch stollingskrimp, wat resulteart yn skieding fan 'e nôtgrinzen. De ferhâlding fan nôtgrinsenerzjy (γgb) ta fêste stof-floeistof-ynterface-enerzjy (γsl) bepaalt de stabiliteit fan 'e floeibere film: as γgb < 2γsl, is de floeibere film ynstabyl en komt nôtkoalesinsje foar; oarsom is de floeibere film stabyl en is barstinitiaasje gefoelich foar.
Fierder is de foarming fan stollingsbarsten ek relatearre oan de metallurgyske eigenskippen fan 'e materialen. Ferskillende materialen hawwe ûnderskate stollingseigenskippen, lykas it temperatuerberik fan stolling, de krimpsnelheid fan stolling, en de ferdieling fan legearingseleminten, ensfh. Dizze eigenskippen beynfloedzje de gefoelichheid fan barsten. Bygelyks, yn materialen dy't in grutte hoemannichte eutektyske fazen mei leech smeltpunt befetsje, is de gefoelichheid fan stollingsbarsten heger, om't dizze eutektyske fazen gefoelich binne foar it foarmjen fan trochgeande floeibere films tidens stolling, wêrtroch't de foarming fan barsten fersterke wurdt.
Tidens delaserlasproses, lasparameters lykas laserkrêft, lassnelheid en puntgrutte hawwe ek ynfloed op 'e foarming fan stollingsbarsten. Dizze parameters beynfloedzje de waarmte-ynfier en temperatuergradiënt tidens it lasproses, wêrtroch't de stollingsstruktuer en kerrelmorfology feroare wurde. Bygelyks, hegere laserkrêft en legere lassnelheid resultearje yn gruttere waarmte-ynfier en stadiger koelsnelheid, wat de groei fan kolomfoarmige kristallen befoarderet en de gefoelichheid foar barsten fergruttet. Omkeard liede legere laserkrêft en hegere lassnelheid ta lytsere waarmte-ynfier en in fluggere koelsnelheid, wat de foarming fan lykweardige kristallen fasilitearret en de gefoelichheid foar barsten ferminderet.
2. Underdrukkingsmaatregels
Om de stollingsbarsten effektyf te ûnderdrukken ynlaserlassen, ûndersikers hawwe ferskate strategyen foarsteld, dy't benammen rjochte binne op it kontrolearjen fan 'e nôtstruktuer, it optimalisearjen fan 'e lasparameters en it ferbetterjen fan 'e materiaaleigenskippen. Troch de nôtstruktuer te ferfinen, kin it oantal nôtgrinzen ferhege wurde, en de konsintraasje fan spanningskonsintraasje kin fermindere wurde, wêrtroch't de foarming fan skuorren ferminderet. Undersyk hat oantoand dat troch it brûken fan laserstraaloscillaasjetechnology kolomfoarmige kristallen omfoarme wurde kinne ta fyn lykweardige kristallen sûnder oare materialen ta te foegjen. Laserstraaloscillaasje kin laserenerzjy ferspriede, wêrtroch't de smeltende plas turbulinsje genereart, wêrtroch't de groeirjochting fan kolomfoarmige kristallen ûnderbrutsen wurdt en de foarming fan lykweardige kristallen befoardere wurdt, lykas te sjen is yn figuer 3. Derneist kin laserstraaloscillaasje ek de breedte fan 'e smeltende plas fergrutsje, de temperatuergradiënt ferminderje en de stollingstiid fan 'e smeltende plas ferlingje, wat geunstich is foar de fersprieding fan oploste stoffen en it oanfoljen fan floeibere films, wêrtroch't de gefoelichheid fan stollingsskuorren signifikant ferminderet.
Ferdieling fan floeibere films fan nôtgrins ûnder ferskate poolfoarmen.
Skematysk diagram fan 'e smeltende laspoeder, a, b) sûnder oscillaasje, c, d) laterale oscillaasje, e, f) longitudinale oscillaasje, g, h) omtreksoscillaasje.
Neist delaserstraalOssillaasjetechnology, it brûken fan dûbele laserboarnen is ek ien fan 'e effektive metoaden om stollingsbarsten te ûnderdrukken. Dûbele laserboarnen kinne de transformaasje fan kolomfoarmige kristallen nei lykweardige kristallen berikke troch de termyske syklus te optimalisearjen, wêrtroch't de kerrelgrutte en spanningskonsintraasje wurde fermindere. Bygelyks, by it brûken fan CO₂-laser as de wichtichste waarmteboarne en Nd:YAG-pulslaser as de ekstra waarmteboarne, kin in optimalisearre termyske syklus wurde foarme tidens it lassen, wêrtroch't de foarming fan lykweardige kristallen befoardere wurdt en de gefoelichheid fan stollingsbarsten fermindere wurdt, lykas te sjen is yn figuer 4.
It optimalisearjen fan lasparameters is ek in wichtich middel om stollingsbarsten te ûnderdrukken. Troch parameters lykas laserkrêft, lassnelheid en puntgrutte oan te passen, kin de waarmte-ynfier en temperatuergradiënt tidens it lasproses kontroleare wurde, wêrtroch't de stollingsstruktuer en kerrelmorfology beynfloede wurde. Undersyk hat oantoand dat foarferwaarming de koelsnelheid kin ferminderje, de foarming fan lykweardige kristallen befoarderje, en dêrmei de gefoelichheid fan stollingsbarsten ferminderje, lykas te sjen is yn figuer 5. Derneist kinne metoaden lykas it brûken fan pulsearre laserlassen en it ferheegjen fan de lassnelheid ek de transformaasje fan kolomfoarmige kristallen nei lykweardige kristallen berikke troch de waarmte-ynfier en koelsnelheid te feroarjen, wêrtroch't de gefoelichheid fan barsten ferminderet.
Figuer 5. a) Net ferwaarme, b) 300 °C foarferwaarme lykweardige kerrels.
By it lassen fan ferskillende materialen mei lasers, fanwegen de wichtige ferskillen yn fysike en gemyske eigenskippen tusken de materialen, binne brosse yntermetallyske ferbiningen gefoelich foar foarming, wat ien fan 'e wichtichste oarsaken is fan stollingsbarsten. Dêrom is it oanpassen fan laserparameters en ynstellings om de foarming of kwantiteit fan yntermetallyske ferbiningen te ferminderjen ek in wichtige strategy om stollingsbarsten te ûnderdrukken. Bygelyks, by it laserlassen fan ferskillende materialen fan koper-aluminium, troch de offset fan 'e laserstraal en de lassnelheid te kontrolearjen, kin de mingferhâlding fan koper en aluminium yn 'e smeltende plas wurde fermindere, wêrtroch't de foarming fan brosse yntermetallyske ferbiningen wurdt fermindere en de gefoelichheid fan barsten wurdt fermindere. Derneist kin it brûken fan fillermaterialen ek de prestaasjes fan 'e lasferbining ferbetterje en de foarming fan barsten ferminderje. Fillermaterialen kinne de foarming fan yntermetallyske ferbiningen ferminderje troch de gearstalling en mikrostruktuer fan 'e lasferbining te feroarjen en de taaiheid fan 'e lasferbining te ferbetterjen.
Stollingsskeuren binne ien fan 'e gewoane defekten yn laserlasprosessen. Harren foarmingsmeganisme is kompleks en omfettet de ynteraksje fan meardere faktoaren lykas waarmte, meganika en metallurgy. Troch it djip bestudearjen fan it foarmingsmeganisme fan stolllingsskeuren kin in teoretyske basis lein wurde foar it ûnderdrukken fan skuorren. Yn 'e ôfrûne jierren hawwe ûndersikers ferskate strategyen foarsteld om stolllingsskeuren te ûnderdrukken, dy't benammen rjochte binne op it kontrolearjen fan 'e nôtstruktuer, it optimalisearjen fan lasparameters en it ferbetterjen fan materiaaleigenskippen. De praktyk hat bewiisd dat dizze strategyen de gefoelichheid fan stolllingsskeuren effektyf kinne ferminderje en de kwaliteit en betrouberens fan laserlassen ferbetterje. Fanwegen de kompleksiteit en ferskaat fan it laserlasproses binne der lykwols noch wat tekoartkommingen yn it hjoeddeiske ûndersyk. Bygelyks, foar de ynhibysjemeganismen fan stolllingsskeuren ûnder ferskate materialen en lasomstannichheden is fierder yngeand ûndersyk noch nedich.
Pleatsingstiid: 20 maart 2025
