Soudi Lazè, ak gwo vitès li, gwo presizyon li ak karakteristik san kontak li yo, li lajman aplike nan domèn tankou otomobil, ayewospasyal, ak aparèy elektwonik, espesyalman montre avantaj inik nan koneksyon materyèl diferan. Sepandan, fant solidifikasyon yo (Solidification Cracking) ki pwodui pandan pwosesis soudaj la se youn nan domaj kle ki limite aplikasyon endistriyèl li. Fant sa yo anjeneral rive nan fen solidifikasyon an nan zòn fizyon an (Zòn Fizyon), deklanche pa efè konbine estrès tèmik, kontraksyon solidifikasyon ak fim likid la sou limit grenn yo, sa ki diminye anpil pwopriyete mekanik ak lavi fatig jwenti a.
1. Mekanis fòmasyon
Mekanis prensipal fant solidifikasyon yo chita nan fim likid ki rete a nan limit grenn yo nan fen solidifikasyon an. Pandan pwosesis solidifikasyon an, pisin fonn lan divize an twa zòn: zòn likid lib la, zòn likid restriksyon an, ak zòn solid la, jan yo montre nan Figi 1. Nan zòn likid restriksyon an, koule likid la bloke epi li pa ka konpanse pou tansyon ki pwodui pa kontraksyon solidifikasyon an, sa ki lakòz separasyon limit grenn yo. Rapò enèji limit grenn (γgb) ak enèji entèfas solid-likid (γsl) detèmine estabilite fim likid la: si γgb < 2γsl, fim likid la pa estab epi koalesans grenn yo rive; okontrè, fim likid la estab epi inisyasyon fant gen tandans rive.
Anplis de sa, fòmasyon fant solidifikasyon yo gen rapò tou ak pwopriyete metaliji materyèl yo. Diferan materyèl yo gen karakteristik solidifikasyon diferan, tankou seri tanperati solidifikasyon an, vitès kontraksyon solidifikasyon an, ak distribisyon eleman alyaj yo, elatriye. Karakteristik sa yo enfliyanse sansiblite fant yo. Pa egzanp, nan materyèl ki gen yon gwo kantite faz eutektik ki gen pwen fizyon ki ba, sansiblite fant solidifikasyon yo pi wo paske faz eutektik sa yo gen tandans fòme fim likid kontinyèl pandan solidifikasyon an, kidonk entansifye fòmasyon fant yo.
Pandanpwosesis soude lazè, paramèt soude tankou puisans lazè, vitès soude, ak gwosè tach yo gen yon enpak tou sou fòmasyon fant solidifikasyon yo. Paramèt sa yo afekte konsomasyon chalè ak gradyan tanperati pandan pwosesis soude a, kidonk chanje estrikti solidifikasyon an ak mòfoloji grenn yo. Pa egzanp, yon pi gwo puisans lazè ak yon pi ba vitès soude lakòz yon pi gwo konsomasyon chalè ak yon vitès refwadisman ki pi dousman, sa ki ankouraje kwasans kristal kolonè yo epi ogmante sansiblite fant lan. Okontrè, yon pi ba puisans lazè ak yon pi wo vitès soude lakòz yon pi piti konsomasyon chalè ak yon vitès refwadisman ki pi rapid, sa ki fasilite fòmasyon kristal ekiaks epi diminye sansiblite fant lan.
2. Mezi sipresyon
Pou siprime fant solidifikasyon yo efektivman nansoude lazè, chèchè yo te pwopoze plizyè estrateji, ki sitou konsantre sou kontwole estrikti grenn yo, optimize paramèt soude yo, ak amelyore pwopriyete materyèl yo. Lè yo rafine estrikti grenn yo, yo ka ogmante kantite limit grenn yo, epi yo ka diminye konsantrasyon estrès la, kidonk diminye fòmasyon fant yo. Etid yo montre ke lè yo itilize teknoloji osilasyon reyon lazè, kristal kolonè yo ka transfòme an kristal ekiaks amann san yo pa ajoute lòt materyèl. Osilasyon reyon lazè ka dispèse enèji lazè, sa ki lakòz pisin fonn lan jenere tourbiyon, kidonk kraze direksyon kwasans kristal kolonè yo epi ankouraje fòmasyon kristal ekiaks, jan yo montre nan Figi 3. Anplis de sa, osilasyon reyon lazè kapab ogmante tou lajè pisin fonn lan, diminye gradyan tanperati a, epi prolonje tan solidifikasyon pisin fonn lan, ki fezab pou difizyon solute yo ak renouvèlman fim likid yo, kidonk diminye anpil sansiblite fant solidifikasyon yo.
Distribisyon fim likid nan limit grenn anba diferan fòm pisin.
Dyagram eskematik nan pisin fonn soude a, a, b) san osilasyon, c, d) osilasyon lateral, e, f) osilasyon longitudinal, g, h) osilasyon sikonferansyèl.
Anplis de sa nanreyon lazèTeknoloji osilasyon an, ki itilize sous lazè doub, se youn nan metòd efikas pou siprime fant solidifikasyon yo. Sous lazè doub yo ka reyalize transfòmasyon kristal kolonè an kristal ekiaks lè yo optimize sik tèmik la, kidonk diminye gwosè grenn yo ak konsantrasyon souch lan. Pa egzanp, lè w ap itilize lazè CO₂ kòm sous chalè prensipal la ak lazè pulsasyon Nd:YAG kòm sous chalè oksilyè a, yon sik tèmik optimize ka fòme pandan soude a, sa ki ankouraje fòmasyon kristal ekiaks epi diminye sansiblite fant solidifikasyon yo, jan yo montre nan Figi 4.
Optimize paramèt soude yo se yon mwayen enpòtan tou pou siprime fant solidifikasyon yo. Lè yo ajiste paramèt tankou puisans lazè, vitès soude, ak gwosè tach la, yo ka kontwole konsomasyon chalè ak gradyan tanperati pandan pwosesis soude a, kidonk enfliyanse estrikti solidifikasyon an ak mòfoloji grenn yo. Etid yo montre ke tretman prechofaj la ka diminye vitès refwadisman an, ankouraje fòmasyon kristal ekiaks, e konsa diminye sansiblite fant solidifikasyon yo, jan yo montre nan Figi 5. Anplis de sa, metòd tankou itilize soude lazè pulsasyon ak ogmante vitès soude a kapab tou reyalize transfòmasyon kristal kolonè an kristal ekiaks lè yo chanje konsomasyon chalè ak vitès refwadisman an, kidonk diminye sansiblite fant yo.
Figi 5. a) Pa chofe, b) Grenn ekiaks prechofe a 300°C.
Lè w ap soude materyèl diferan ak lazè, akòz diferans enpòtan nan pwopriyete fizik ak chimik ant materyèl yo, konpoze entèmetalik frajil yo gen tandans fòme, ki se youn nan prensipal kòz fant solidifikasyon. Se poutèt sa, ajiste paramèt ak konfigirasyon lazè pou diminye fòmasyon oswa kantite konpoze entèmetalik yo se yon estrateji enpòtan tou pou siprime fant solidifikasyon. Pa egzanp, nan soude lazè materyèl diferan kwiv-aliminyòm, lè w kontwole offset reyon lazè a ak vitès soude a, rapò melanj kwiv ak aliminyòm nan pisin fonn lan ka redwi, kidonk diminye fòmasyon konpoze entèmetalik frajil yo epi redwi sansiblite fant yo. Anplis de sa, itilizasyon materyèl ranpli kapab amelyore pèfòmans jwenti soude a tou epi redwi fòmasyon fant yo. Materyèl ranpli yo ka diminye fòmasyon konpoze entèmetalik yo lè yo chanje konpozisyon ak mikwoestrikti jwenti soude a epi amelyore rezistans jwenti soude a.
Fant solidifikasyon yo se youn nan domaj komen nan pwosesis soude lazè. Mekanis fòmasyon yo konplèks epi li enplike entèraksyon plizyè faktè tankou chalè, mekanik, ak metaliji. Lè nou etidye mekanis fòmasyon fant solidifikasyon yo an pwofondè, nou ka bay yon baz teyorik pou siprime fant yo. Nan dènye ane yo, chèchè yo te pwopoze divès estrateji pou siprime fant solidifikasyon yo, ki sitou konsantre sou kontwole estrikti grenn yo, optimize paramèt soude yo, ak amelyore pwopriyete materyèl yo. Pratik la pwouve ke estrateji sa yo ka efektivman diminye sansiblite fant solidifikasyon yo nan yon sèten mezi epi amelyore kalite ak fyab soude lazè a. Sepandan, akòz konpleksite ak divèsite pwosesis soude lazè a, toujou gen kèk defisyans nan rechèch aktyèl la. Pa egzanp, pou mekanis inibisyon fant solidifikasyon anba diferan materyèl ak kondisyon soude, plis rechèch apwofondi toujou nesesè.
Dat piblikasyon: 20 mas 2025
