Lasersuðu - Áhrif sveiflubreyta á leysisuðu á álblöndum með stillanlegri hringstillingu (ARM).

Lasersuðu - Áhrif sveiflubreyta á leysisuðu á álblöndum með stillanlegri hringstillingu (ARM).

1. Ágrip

Þessi rannsókn kannar áhrif sveifluvíddar og tíðni á yfirborðsgæði, stór- og örbyggingar og gegndræpi í stillanlegum hringlaga stillingum (ARM).leysir sveifluð suðuPlötur úr A5083 álfelginu. Niðurstöðurnar sýna að með aukinni sveifluvídd og tíðni suðu batnar gæði suðuyfirborðsins. Þegar sveifluvíddin eykst breytist þversnið suðunnar úr „bikarlaga“ lögun í „hálfmánalaga“ lögun. Smásjárgreining bendir til þess að kornastærð suðunnar minnki ekki með aukinni sveifluvídd og tíðni vegna samkeppni milli hræringaráhrifa og minnkunar á kælihraða. Götótt suðu minnkar með aukningu sveiflubreytna og nær lokagötóttleika upp á 0,22% þegar sveifluvíddin er 2 mm. Þrívíddar röntgenmyndataka staðfestir enn frekar áhrif sveiflna á dreifingu pora: stór por hafa tilhneigingu til að safnast saman á bak við bráðna pollinn, en lítil por sýna betri samhverfu. Þessi rannsókn veitir verðmæta innsýn í að hámarka sveiflubreytur til að ná hágæða leysissuðu í A5083 álfelginu.

2 Bakgrunnur atvinnugreinarinnar

Álmálmblöndur hafa þá kosti að vera léttar, hafa mikinn sértækan styrk og eru góðar tæringarþolnar og eru mikið notaðar í bílaiðnaði, hraðlestarsamgöngum, geimferðaiðnaði og öðrum atvinnugreinum. Lasersuðu hefur þá kosti að vera mjög skilvirk, hafa lítið hitaáhrifasvæði og aflögun suðu er lítil. Þess vegna...Lasersuðun er hagkvæm suðuaðferð sem hentar vel fyrir þykkar plötur., sem getur dregið verulega úr fjölda suðuleiða. Götótt efni er verulegur galli í leysissuðu á álblöndum, sem hefur alvarleg áhrif á vélræna eiginleika suðusamskeyta. Þess vegna hafa verið gerðar ítarlegar rannsóknir til að draga úr og útrýma myndun götuótta, þar á meðal með því að hámarka hlífðargas, beita tvígeislatækni, nota mótuð leysiraflkerfi og taka upp sveiflugeislaaðferðir. Leysisveiflusuðutækni sker sig úr fyrir getu sína til að sameina kosti leysissuðu við sína eigin eiginleika. Notkun leysisveiflusuðu getur ekki aðeins dregið úr götuótt heldur einnig bætt örbyggingu suðunnar og aukið gæði suðu. Fjölmargar rannsóknir hafa aðallega einbeitt sér að ýmsum þáttum leysisveiflusuðu, þar á meðal minnkun götuótta, bestun orkudreifingar, fínstillingu kornabyggingar og einkenni bráðins flæðis í bráðnu lauginni. Dreifing leysiorku gegnir lykilhlutverki í hitadreifingu og innrásardýpt leysissuðu. Við ákveðna sveifluvídd, með aukinni skönnunartíðni, breytist suðuferlið frá djúpri innrásarsuðu í óstöðuga suðu og að lokum í varmaleiðnisuðu. Niðurstöðurnar sýna að aukin skönnunarvídd og tíðni getur dregið úr gegndræpi, en einnig dregið verulega úr innrásardýpt suðunnar og þar með dregið úr vélrænum eiginleikum hennar. Á undanförnum árum hefur verið þróaður stillanleg hringstillingarleysir (ARM) sem skiptir leysiorkunni í kjarna með mikilli orkuþéttleika og hring með lágum orkuþéttleika, með það að markmiði að koma á stöðugleika lykilgatsins og bæta suðugæði. Rannsakendur hafa notað ARM leysisveiflusuðu til að suða 6xxx hástyrktar álfelgur við mismunandi kjarna/hringaflshlutföll og sveiflubreidd. Tilraunaniðurstöður sýna að aðalþátturinn sem hefur áhrif á suðugeometriu er sveiflubreiddin, frekar en kjarna-hringaflshlutfallið. Hins vegar hefur dreifing poranna og hömlunarkerfi hennar við samspil sveiflna og ARM leysis ekki verið rannsökuð. Í þessari grein er ný ARM leysisveiflusuðutækni notuð til að draga úr gegndræpi suðunnar, fá meiri innrásardýpt og betri suðugæði. Ítarleg rannsókn á orkudreifingu leysis, hreyfifræðilegri hegðun bráðins laugar og örbyggingu við mismunandi sveiflutíðni og sveifluvídd er framkvæmd.

3. Tilraunamarkmið og aðferðir

Hringlaga leysigeislasveiflusveiflutækni var notuð til að suða álblöndur. Grunnefnið (BM) var 5083-O álblöndu með málunum 300 mm × 100 mm × 5 mm (lengd × breidd × þykkt) og efnasamsetning þess er sýnd í töflunni. Fyrir suðu voru sýnin pússuð til að fjarlægja oxíðfilmu á yfirborðinu og síðan hreinsuð með asetoni í ómskoðunarbaði í 15 mínútur til að fjarlægja yfirborðsolíu.leysissuðukerfiSamanstendur aðallega af Kuka vélmenni, TruDisk 8001 disklaser og 3D PFO galvanómetra skanna. TruDisk 8001 disklaserinn var notaður sem stillanleg hringlaga leysigeisli, með kjarna/hringþráða hlutfall upp á 100/400 μm og hámarksúttaksafl upp á 8 kW (bylgjulengd 1030 nm, geislagæðabreyta 4,0 mm·rad). Leysigeislinn er samsettur úr kjarnahluta og hringhluta, þar sem leysirinn í miðju kjarnahlutanum býr til lykilgat (60% af leysiorkunni) og leysirinn í hringhlutanum tryggir góða hitadreifingu (40% af leysiorkunni), eins og sýnt er á mynd (b). Brennivíddir kollimatorsins og fókuslinsunnar eru 138 mm og 450 mm, talið í sömu röð. Við suðuna voru Phantom V1840 háhraðamyndavél og Cavilux hátíðni ljósgjafi notaðar til að fylgjast með suðuferlinu í rauntíma, með tökuhraða upp á 5000 fps og lýsingartíma upp á 1 μs. Í þessari rannsókn eru sveiflubraut hringlaga geislans, hreyfingarleið leysigeislans og augnablikshraði skilgreindir eins og sýnt er á myndinni.

4 Niðurstöður og umræða

4.1 Einkenni suðuformgerðar Myndin sýnir formgerð suðuyfirborðs við mismunandi sveiflustillingar með leysigeisla. Niðurstöðurnar sýna að suðuyfirborð hefðbundinnar beinlínusuðu er hrjúft (hrjúfleiki 78,01 μm), með lélegri samfellu í suðuöldum og ófullnægjandi suðudreifingu. Ófullnægjandi suðumyndun, mikil suðusveifla og undirskurður sáust einnig. Með aukinni sveifluvídd og tíðni sýnir suðuyfirborðið þétt og einsleit fiskhreistur. Yfirborðshrjúfleiki suðna með sveifluvídd 0,5 mm, 1 mm og 2 mm er 80,71 μm, 49,63 μm og 31,12 μm, talið í sömu röð. Engar óreglur eða útskot eru af völdum suðusveiflna. Niðurstöðurnar benda til þess að hærri sveiflutíðni leiði til reglulegrar flæðis í bráðnu vatni, sterkari hræringaráhrifa leysigeislans og kjörinna suðuyfirborðs. Í grundvallaratriðum er lögun leysigeislans orsakatengd hreyfingu leysigeislans. Við suðu breyta breytingar á sveifluvídd og tíðni suðuhraðanum og hafa þannig áhrif á línulega orkuþéttleika og heildarhitainntak leysigeislans. Þversniðsformgerð suðunnar er „bikarlaga“ og samanstendur af tveimur hlutum: neðri hlutinn er „stilkurinn“ og efri hlutinn er „skálin“. Suðudýptin og „stilkurinn“ eru skilgreind sem H1 og H2, talið í sömu röð, og breidd suðunnar („skálarinnar“) og „stilksins“ eru skilgreind sem W1 og W2, talið í sömu röð. Bæði suðubreiddirnar W1 og W2 aukast samtímis aukningu sveifluvíddarinnar og suðuformgerðin breytist smám saman úr „bikarlaga“ lögun í „hálfmánalaga“ lögun. Hámarksorkuþéttleiki leysigeislans birtist við skörun ferilsins. Við samanburð á myndum (b, d) og (c, e) má sjá að aukning á skönnunartíðni mun auka skörunarsvæðið á ferilnum meðfram skönnunarleiðinni, sem gerir orkudreifingu leysigeislans jafnari. Hins vegar mun minnkun á hámarksorkuþéttleikanum leiða til lækkunar á suðudýptinni.

4.2 Hegðun bráðins polls Til að skýra áhrif skönnunarleiðarinnar á hegðun bráðins polls var notað háhraða myndavélakerfi til að fylgjast með þróunarferli bráðins polls og lykilgatsins. Mynd (a) sýnir þróunarferli bráðins polls eftir beinni braut. Myndir (bf) eru þróunarrit bráðins polls við mismunandi sveiflubreytur. Með aukinni sveiflutíðni og sveifluvídd verður aftari hluti bráðins polls meira ávöl vegna stækkunar á breidd hans. Þegar lengd bráðins polls eykst minnkar sveiflur á yfirborði vegna lykilgatsgosi við afturábaksframvindu. Þess vegna storknar bráðni fljótandi málmurinn jafnt og reglulega við aftari enda bráðins polls og myndar einsleita og þétta suðufiskhreistur. Myndin sýnir breytingu á lykilgatsopnunarsvæðinu við leysissuðu, sem er fengin úr háhraða ljósmyndum af bráðnum polli. Eins og sést á mynd (a), sýnir stærð lykilgatsopnunar greinilegar sveiflur við beina línusuðu. Nokkur tilvik af lokun lykilgata (0 mm²) sáust, með meðalopnunarflatarmáli lykilgatsins upp á 0,47 mm². Aukin sveifluvídd getur einnig dregið úr sveiflum og bætt stöðugleika. Þetta er vegna þess að í sveiflusuðu dreifist stærri hluti orkunnar til beggja hliða. Þess vegna stækkar úttakið á lykilgatinu og sveifluvíddin eykst, sem eykur opnunarflatarmálið. Aukin sveifluvídd stækkar hræringarsvið leysigeislans, sem leiðir til þess að radíus reglubundinnar hreyfingar lykilgatsins stækkar. Vegna seigju bráðins málms og vatnsþrýstingsins sem verkar nálægt lykilgatinu, á sér stað hvirfilstraumshreyfing í bráðnu suðulauginni nálægt lykilgatsopinu. Útvíkkun lykilgatsopnunarflatarmálsins eykur stöðugleika þess, kemur í veg fyrir myndun loftbóla og dregur þannig verulega úr gegndræpi.

4.3 Örbygging Myndin sýnir EBSD formgerð suðuþversniðsins við mismunandi sveiflutíðni og sveifluvídd. Nálægt bræðslulínu leysissuðunnar vaxa súlulaga dendrítkorn í átt að miðju suðunnar. Eins og sést á mynd (a) má sjá greinilegan mun á dreifingu súlulaga korna á milli „skálar-“ og „stilks“ svæðanna. Súlulaga korn eru dreifð í U-lögun meðfram „skálar-“ veggnum, en í „stilks“ svæðinu eru súlulaga korn dreifð í U-lögun meðfram bræðslulínunni. Við storknun suðunnar virka hálfstorknuðu kornin í bræðslusvæðinu sem kjarnamyndunarstaðir fyrir storknunarframhliðina og vaxa helst hornrétt á mörk bráðnu laugarinnar meðfram hámarkshitahallans. Þetta fyrirbæri á sér stað vegna þess að mikil aflþéttleiki leysisins leiðir til ofhitnunar inni í suðulauginni. Hærri hitahalli G og hóflegur vaxtarhraði R gera G/R stærra en þröskuldinn fyrir örbyggingubreytingu, sem leiðir til myndunar súlulaga korna. Hitastigullinn G við suðumiðstöðina minnkar, sem veldur því að G/R hlutfallið lækkar smám saman niður fyrir umbreytingarþröskuld örbyggingarinnar og breytist í jafnása korn. Jafnása korn eru staðsett í miðhlutum bæði „skálarinnar“ og „stilksins“. Þar sem „stilkur“ suðunnar er mjór og nálægt grunnefninu storknar hann alveg áður en „skálarsvæðið“ kemur við kælingu. Storknaði „stilkurinn“ virkar sem kjarnamyndunarstaður neðst í „skálinni“ og stuðlar að uppávið vexti súlulaga korna. Myndin sýnir beina línu og sveiflusuðuferli. Það er sýnt fram á að stöðug breyting á staðsetningu leysigeislans í sveiflusuðu með leysi mun auka lengd millibræðslunnar, bræða aftur þegar storknaðan málm, sem leiðir til lækkunar á kornavaxtarhraða r. Þetta getur leitt til lækkunar á G/R í neðra jafnása kornasvæðinu.

4.4 Dreifing pora Þrívíddar röntgenmyndataka var notuð til að framkvæma ítarlega skoðun á suðunni og fá þrívíddardreifingu pora í suðunni, eins og sýnt er á myndinni. Porafita er reiknuð sem heildarrúmmál pora deilt með heildarrúmmáli suðunnar. Með því að bera saman poraformgerð og dreifingu beinnar leysigeislasveiflusuðna og hringlaga leysigeislasveiflusuðna kom í ljós að beinlínu leysigeislasveiflusuðna innihalda fleiri stórar porur, með porafita upp á 2,49%, sem er marktækt hærra en í hringlaga leysigeislum.leysis sveiflusuðuMeð því að bera saman myndir (b, c) og (d, e) má sjá að aukin sveiflutíðni hjálpar til við að hindra myndun svitahola. Með því að bera saman myndir (b, d) og (c, e) má sjá að aukning sveifluvíddar gegnir einnig mikilvægu hlutverki í að hindra myndun svitahola. Þegar sveifluvíddin er aukin enn frekar í 2 mm (mynd (f)) minnkar gegndræpi enn frekar í 0,22%, og eftir eru aðeins lítil svitaholur með litlu rúmmáli og litlum svitaholum. Myndin sýnir dreifingu svitaholaflatarmálsins í mismunandi fjarlægðum frá miðlínu suðunnar, sem táknar gegndræpi byggt á stærð svitaholaflatarmálsins. Við beina línusuðu er svitaholaflatarmálið samhverft dreift meðfram miðlínu suðunnar og minnkar smám saman með aukinni fjarlægð frá miðlínu suðunnar. Niðurstöðurnar sýna að svitaholur sem myndast vegna lykilgata eru aðallega einbeittar fyrir aftan bráðna pollinn við miðlínu suðunnar. Við leysissveiflusuðu veikist samhverfa dreifingar svitaholanna. Myndin sýnir svitaholusvæðið í mismunandi fjarlægð frá suðuyfirborðinu, þar sem rauða línan táknar mörkin milli „skálar“- og „stilks“-svæða. Ef um stór svitaholur er að ræða (myndir (ac)) er svitaholusvæðið fyrir ofan mörkin meira en 85%. Þetta er vegna þess að útlínubreytingin við lengri grunnsuðumörkin er líklegri til að fanga loftbólur í suðulauginni, og þær loftbólur sem eru fastar hafa tilhneigingu til að færast upp á við undir áhrifum uppdriftar. Ef um lítil svitaholur er að ræða (myndir (df)) eru svitaholurnar einbeittar á svæðinu innan við 0,5 mm fyrir neðan mörkin. Stuttur kælingartími og lítil upp á við færsla gætu verið ástæður þessa fyrirbæris.

5 Niðurstöður

(1) Mismunandi sveiflustillingar leysigeisla hafa augljós áhrif á suðuyfirborðið. Meiri sveifluvídd og tíðni geta bætt gæði yfirborðsins, en of stórar sveiflubreytur geta aukið hrjúfleika og valdið íhvolfsgöllum.

(2) Lögun suðunnar er aðallega ákvörðuð af sveiflubreytum leysigeislans, sem hafa áhrif á suðuhraða, orkudreifingu og heildarhitainntak. Með aukinni sveifluvídd breytist suðuformgerðin úr „bikar“ í „hálfmána“ og hlutfallsleg stærð minnkar.

(3) Með aukinni sveifluvídd og tíðni sveiflunnar breikkar bráðna pollinn og aftari hlutinn verður ávöl. Sveifluáhrifin auka lengd bráðna pollsins, sem er gagnlegt fyrir losun loftbóla og jafna storknun. Við beina línusuðu sveiflast opnunarflatarmál lykilgatsins; tiltölulega séð er hægt að draga úr þessum sveiflum, sem bætir stöðugleika suðu.

(4) Aukin sveifluvídd og tíðni dregur úr bæði hitahalla og vaxtarhraða, sem er gagnlegt fyrir myndun stórra korna. Hins vegar stuðlar leysigeislahræringaráhrifin að því að fínpússa kornastærð og bæta áferðarstyrk. Við mismunandi leysigeislabreytur helst suðuhörku tiltölulega stöðug, örlítið lægri en hörku grunnefnisins, sem gæti stafað af uppgufun magnesíums.

(5) Þrívíddar röntgenmyndataka sýnir að beinlínusuða hefur meiri gegndræpi (2,49%) og stærra rúmmál svitahola en sveiflusuða. Aukin sveiflubreytur geta dregið verulega úr gegndræpi, jafnvel allt að 0,22% þegar sveifluvíddin er 2 mm. Dreifing svitaholaflatarmálsins breytist með sveiflum: stór svitahola safnast saman fyrir aftan bráðna laugina og lítil svitahola hafa betri samhverfu. Stór svitahola eru aðallega dreifð fyrir ofan mörkin milli „skálar“ og „stilks“ svæðanna, en lítil svitahola eru einbeitt fyrir neðan mörkin.