Pagwelding ng Sinag ng Laser, dahil sa mataas na bilis, mataas na katumpakan, at mga katangiang hindi nakikipag-ugnayan, ay malawakang ginagamit sa mga larangan tulad ng mga sasakyan, aerospace, at mga elektronikong aparato, lalo na't nagpapakita ng mga natatanging bentahe sa pagkonekta ng magkakaibang materyales. Gayunpaman, ang mga bitak ng solidification (Solidification Cracking) na nabubuo sa panahon ng proseso ng hinang ay isa sa mga pangunahing depekto na pumipigil sa aplikasyon nito sa industriya. Ang mga bitak na ito ay karaniwang nangyayari sa pagtatapos ng solidification sa fusion zone (Fusion Zone), na pinasisimulan ng pinagsamang epekto ng thermal stress, pag-urong ng solidification, at ng liquid film sa mga hangganan ng butil, na makabuluhang binabawasan ang mga mekanikal na katangian at buhay ng pagkapagod ng joint.
1. Mekanismo ng pagbuo
Ang pangunahing mekanismo ng mga bitak ng solidification ay nasa natitirang liquid film sa mga hangganan ng grain sa dulo ng solidification. Sa proseso ng solidification, ang molten pool ay nahahati sa tatlong zone: ang free liquid zone, ang restricted liquid zone, at ang solid zone, gaya ng ipinapakita sa Figure 1. Sa restricted liquid zone, ang daloy ng likido ay naharang at hindi kayang mabawi ang strain na nalilikha ng pag-urong ng solidification, na nagreresulta sa paghihiwalay ng hangganan ng grain. Ang ratio ng grain boundary energy (γgb) sa solid-liquid interface energy (γsl) ang tumutukoy sa katatagan ng liquid film: kung γgb < 2γsl, ang liquid film ay hindi matatag at nagaganap ang grain coalescence; sa kabaligtaran, ang liquid film ay matatag at madaling magkaroon ng crack initiation.
Bukod pa rito, ang pagbuo ng mga bitak ng solidification ay may kaugnayan din sa mga katangiang metalurhiko ng mga materyales. Ang iba't ibang materyales ay may magkakaibang katangian ng solidification, tulad ng saklaw ng temperatura ng solidification, ang rate ng pag-urong ng solidification, at ang distribusyon ng mga elemento ng haluang metal, atbp. Ang mga katangiang ito ay nakakaimpluwensya sa sensitivity ng mga bitak. Halimbawa, sa mga materyales na naglalaman ng malaking halaga ng mga low-melting-point eutectic phase, ang sensitivity ng mga bitak ng solidification ay mas mataas dahil ang mga eutectic phase na ito ay madaling kapitan ng pagbuo ng tuluy-tuloy na likidong pelikula habang solidification, sa gayon ay pinatitindi ang pagbuo ng mga bitak.
Sa panahon ngproseso ng hinang gamit ang laser, ang mga parametro ng hinang tulad ng lakas ng laser, bilis ng hinang, at laki ng batik ay mayroon ding epekto sa pagbuo ng mga bitak ng solidification. Ang mga parametrong ito ay nakakaapekto sa heat input at temperature gradient habang nasa proseso ng hinang, sa gayon ay binabago ang istruktura ng solidification at morpolohiya ng butil. Halimbawa, ang mas mataas na lakas ng laser at mas mababang bilis ng hinang ay nagreresulta sa mas mataas na heat input at mas mabagal na rate ng paglamig, na nagtataguyod ng paglaki ng mga columnar crystal at nagpapataas ng sensitivity ng bitak. Sa kabaligtaran, ang mas mababang lakas ng laser at mas mataas na bilis ng hinang ay humahantong sa mas maliit na heat input at mas mabilis na rate ng paglamig, na nagpapadali sa pagbuo ng mga equiaxed crystal at binabawasan ang sensitivity ng bitak.
2. Mga hakbang sa pagsugpo
Upang epektibong mapigilan ang mga bitak ng solidification sahinang gamit ang laser, nagpanukala ang mga mananaliksik ng iba't ibang estratehiya, na pangunahing nakatuon sa pagkontrol sa istruktura ng butil, pag-optimize ng mga parameter ng hinang, at pagpapabuti ng mga katangian ng materyal. Sa pamamagitan ng pagpino ng istruktura ng butil, maaaring mapataas ang bilang ng mga hangganan ng butil, at mabawasan ang konsentrasyon ng stress, sa gayon ay mababawasan ang pagbuo ng mga bitak. Ipinakita ng mga pag-aaral na sa pamamagitan ng paggamit ng teknolohiya ng laser beam oscillation, ang mga columnar crystal ay maaaring maging pinong equiaxed crystals nang hindi nagdaragdag ng iba pang mga materyales. Ang laser beam oscillation ay maaaring magpakalat ng enerhiya ng laser, na nagiging sanhi ng pagbuo ng turbulence sa tinunaw na pool, sa gayon ay nasisira ang direksyon ng paglaki ng mga columnar crystal at nagtataguyod ng pagbuo ng equiaxed crystals, tulad ng ipinapakita sa Figure 3. Bukod pa rito, ang laser beam oscillation ay maaari ring magpataas ng lapad ng tinunaw na pool, bawasan ang gradient ng temperatura, at pahabain ang oras ng solidification ng tinunaw na pool, na nakakatulong sa pagsasabog ng mga solute at muling pagdadagdag ng mga likidong pelikula, sa gayon ay makabuluhang binabawasan ang sensitivity ng mga bitak ng solidification.
Pamamahagi ng mga likidong pelikula sa hangganan ng butil sa ilalim ng iba't ibang hugis ng pool.
Diagram ng eskematiko ng hinang na tinunaw na pool, a, b) nang walang osilasyon, c, d) lateral na osilasyon, e, f) longitudinal na osilasyon, g, h) circumferential na osilasyon.
Bukod pa sasinag ng laserAng teknolohiya ng osilasyon, gamit ang dual laser sources, ay isa rin sa mga epektibong paraan upang sugpuin ang mga bitak ng solidification. Maaaring makamit ng dual laser sources ang transpormasyon mula sa mga columnar crystal patungo sa mga equiaxed crystal sa pamamagitan ng pag-optimize ng thermal cycle, sa gayon ay binabawasan ang laki ng butil at konsentrasyon ng strain. Halimbawa, kapag ginagamit ang CO₂ laser bilang pangunahing pinagmumulan ng init at Nd:YAG pulsed laser bilang auxiliary heat source, maaaring mabuo ang isang na-optimize na thermal cycle habang hinang, na nagtataguyod ng pagbuo ng mga equiaxed crystals at binabawasan ang sensitivity ng mga bitak ng solidification, tulad ng ipinapakita sa Figure 4.
Ang pag-optimize ng mga parameter ng hinang ay isa ring mahalagang paraan upang mapigilan ang mga bitak ng solidification. Sa pamamagitan ng pagsasaayos ng mga parameter tulad ng lakas ng laser, bilis ng hinang, at laki ng spot, ang heat input at temperature gradient habang nasa proseso ng hinang ay maaaring kontrolin, sa gayon ay naiimpluwensyahan ang istruktura ng solidification at morpolohiya ng butil. Ipinakita ng mga pag-aaral na ang preheating treatment ay maaaring mabawasan ang cooling rate, mapabilis ang pagbuo ng mga equiaxed crystal, at sa gayon ay mabawasan ang sensitivity ng mga solidification crack, tulad ng ipinapakita sa Figure 5. Bukod pa rito, ang mga pamamaraan tulad ng paggamit ng pulsed laser welding at pagpapataas ng bilis ng hinang ay maaari ring makamit ang transpormasyon mula sa columnar crystals patungo sa equiaxed crystals sa pamamagitan ng pagbabago ng heat input at cooling rate, sa gayon ay binabawasan ang sensitivity ng mga bitak.
Pigura 5. a) Hindi pinainit, b) Mga butil na may pantay na hugis na pinainit sa 300°C.
Kapag nagwe-weld ng mga di-magkatulad na materyales gamit ang mga laser, dahil sa malaking pagkakaiba sa pisikal at kemikal na katangian sa pagitan ng mga materyales, ang mga malutong na intermetallic compound ay madaling mabuo, na isa sa mga pangunahing sanhi ng mga bitak ng solidification. Samakatuwid, ang pagsasaayos ng mga parameter at setting ng laser upang mabawasan ang pagbuo o dami ng mga intermetallic compound ay isa ring mahalagang estratehiya upang mapigilan ang mga bitak ng solidification. Halimbawa, sa laser welding ng mga di-magkatulad na materyales na tanso-aluminyo, sa pamamagitan ng pagkontrol sa offset ng laser beam at bilis ng welding, ang mixing ratio ng tanso at aluminyo sa tinunaw na pool ay maaaring mabawasan, sa gayon ay binabawasan ang pagbuo ng mga malutong na intermetallic compound at binabawasan ang sensitivity ng mga bitak. Bilang karagdagan, ang paggamit ng mga filler material ay maaari ring mapabuti ang performance ng welded joint at mabawasan ang pagbuo ng mga bitak. Ang mga filler material ay maaaring mabawasan ang pagbuo ng mga intermetallic compound sa pamamagitan ng pagbabago ng komposisyon at microstructure ng welded joint at mapabuti ang toughness ng welded joint.
Ang mga bitak ng solidification ay isa sa mga karaniwang depekto sa mga proseso ng laser welding. Ang mekanismo ng kanilang pagbuo ay kumplikado at kinabibilangan ng interaksyon ng maraming salik tulad ng init, mekanika, at metalurhiya. Sa pamamagitan ng malalim na pag-aaral ng mekanismo ng pagbuo ng mga bitak ng solidification, maaaring magbigay ng teoretikal na batayan para sa pagsugpo sa mga bitak. Sa mga nakaraang taon, ang mga mananaliksik ay nagpanukala ng iba't ibang estratehiya upang sugpuin ang mga bitak ng solidification, na pangunahing nakatuon sa pagkontrol sa istruktura ng butil, pag-optimize ng mga parameter ng welding, at pagpapabuti ng mga katangian ng materyal. Napatunayan ng praktika na ang mga estratehiyang ito ay maaaring epektibong mabawasan ang sensitivity ng mga bitak ng solidification sa isang tiyak na lawak at mapabuti ang kalidad at pagiging maaasahan ng laser welding. Gayunpaman, dahil sa pagiging kumplikado at pagkakaiba-iba ng proseso ng laser welding, mayroon pa ring ilang mga kakulangan sa kasalukuyang pananaliksik. Halimbawa, para sa mga mekanismo ng pagsugpo ng mga bitak ng solidification sa ilalim ng iba't ibang materyales at mga kondisyon ng welding, kailangan pa rin ng mas malalim na pananaliksik.
Oras ng pag-post: Mar-20-2025
