01
Kirish
Konsentrlangan energiya, yuqori aniqlik va minimal buzilish afzalliklari bilan lazerli payvandlash texnologiyasi zamonaviy nozik ishlab chiqarishda asosiy jarayonga aylandi. Biroq, uning tez erishi va qotib qolish xususiyatlari yuqori darajada aks ettiruvchi materiallarni (masalan, mis va alyuminiy) qayta ishlashda qiyinchiliklarga duch keladi, shu jumladan beqaror energiya singishi, g'ovaklikka moyillik va termal yorilish. Bu, ayniqsa, bir-biriga o'xshash bo'lmagan materiallarni payvandlashda yaqqol namoyon bo'ladi, bu erda mo'rt intermetalik birikmalar hosil bo'lishi qo'shma ish faoliyatini sezilarli darajada zaiflashtiradi. Bu toʻsiqlar batareya quvvati va aerokosmik kabi yuqori{3}}sohalardagi qoʻshimcha ilovalarni cheklaydi. So'nggi yillarda ultratovushli tebranish texnologiyasi an'anaviy usullarni yaxshilash va misli ko'rilmagan ishlab chiqarish moslashuvchanligiga erishish uchun materiallarni qayta ishlash sohasiga tobora ko'proq kiritilmoqda. Tozalash, sonokimyo, metallni qayta ishlash va atomizatsiya bo'yicha mavjud ilovalardan tashqari, ultratovush asta-sekin ilg'or ishlab chiqarish platformalarida, jumladan, nozik ishlov berish, ilg'or payvandlash, lazer bilan ishlov berish va qo'shimchalar ishlab chiqarishda muhim yordamchi takomillashtirish usuliga aylanmoqda. Shu maqsadda lazerli payvandlashdagi ayrim cheklovlarni bartaraf etish uchun innovatsion yechim-ultratovushli tebranish-yordamchi lazerli payvandlash (UVA-LW)- paydo bo'ldi (1-rasm). Bu texnologiya yuqori{13}}chastotali ultratovush tebranishini lazerli payvandlash jarayoniga ijodiy tarzda kiritib, ultratovushning noyob akustik oqimi, kavitatsiyasi va stress ta'siridan erigan hovuzning oqimi, gaz harakati va qotib qolish jarayonlariga jismoniy aralashish maqsadida foydalanishga qaratilgan. Ushbu "akusto{15}}optik sinergiya" orqali UVA{16}}LW texnologiyasi erigan hovuzni samarali aralashtirib, gazsizlanishni rag'batlantiradi, donalarni tozalaydi va mo'rt fazalar shakllanishiga to'sqinlik qiladi, shu bilan payvandlash sifati va unumdorligini sezilarli darajada yaxshilaydi va an'anaviy payvandlash muammolarini hal qilish uchun istiqbolli yangi yo'l ochadi.
1-rasm. Sxematik diagramma: (a) UVA-LW eksperimental o'rnatish; (b) UVA-LW jarayonida eritilgan hovuzning morfologiyasi; (c) UVA-LW jarayonida eritilgan hovuz oqimining xususiyatlari [1].
Asosiy printsip: Ovoz va yorug'likning sinergik ta'siri
Ultrasonik tebranish{0}}yordamchi lazerli payvandlashning mohiyati suyuqlik erigan hovuzning jismoniy harakatidan tortib, qattiqlashuv vaqtidagi tashkiliy evolyutsiyadan tortib, sovutishdan keyin qattiq holatdagi stressni tartibga solishgacha bo'lgan lazerli payvandlashning butun jarayoni bo'ylab akustik energiya maydoni tomonidan erishilgan optimallashtirishda yotadi. Birinchidan, suyuqlik bosqichida yuqori{2}}chastotali ultratovush to'lqinlari erigan metall uchun "mikroskopik aralashtirgich" va "samarali tozalash" vazifasini bajaruvchi kuchli akustik oqim va kavitatsiya effektlarini hosil qiladi. Akustik oqim natijasida hosil bo'lgan yo'nalishli makroskopik oqim ichki aralashtirgich kabi ishlaydi, erigan hovuzni kuchli aralashtiradi va shu bilan elementlar va haroratning bir xil taqsimlanishini ta'minlaydi. Bu, ayniqsa, bir-biriga o'xshamaydigan materiallarni payvandlashda juda muhimdir, chunki u interfeysda uzluksiz qatlamlarni hosil qilishga moyil bo'lgan mo'rt intermetalik birikmalarni samarali ravishda buzadi, ularni nozik va bir tekis taqsimlaydi va shu bilan bo'g'inlarning mustahkamligini oshiradi. Shu bilan birga, ko'proq kuchli kavitatsiya effekti, son-sanoqsiz mikropufakchalarning bir zumda qulashi orqali kuchli zarba to'lqinlari va yuqori{6}}tezlikdagi mikrojetlarni chiqaradi. Bu ho'llanishni yaxshilash uchun nafaqat eritilgan hovuz yuzasida oksidli plyonkalarni olib tashlaydi, balki vodorod va azot kabi zararli gazlarni hovuzdan chiqarib yuboradi, bu ularni tezda qochishga majbur qiladi va g'ovaklik nuqsonlari paydo bo'lishining oldini oladi. Keyinchalik, qotib qolish bosqichida kavitatsiya effekti natijasida hosil bo'ladigan davriy yuqori{9}}bosimli zarba to'lqinlari qotib qolish strukturasini boshqarish uchun kuchli vositaga aylanadi. Eritilgan hovuz sovishi va dendritlar o'sishi bilan bu zarba to'lqinlari ularni samarali ravishda buzadi va parchalaydi. Hovuz bo'ylab akustik oqim orqali olib yuriladigan bo'laklangan dendrit qo'llari ko'plab yangi{12}}spontan bo'lmagan yadrolanish joylari bo'lib, yadrolarning "parchalangan ko'payishiga" erishadi. Bu mexanizm anʼanaviy qotib qolish sxemasini tubdan oʻzgartirib, qoʻpol ustunli kristalllarning oʻsishini bostiradi va natijada koʻp sonli nozik, bir xil oʻqli kristallardan tashkil topgan yuqori samarali chok strukturasiga ega boʻlib, chokning mustahkamligi, egiluvchanligi va termal yorilishlarga chidamliligini sezilarli darajada oshiradi. Nihoyat, sovutilgan qattiq holat bosqichida ultratovushli tebranish akustik yumshatish va stressni bartaraf etishda asosiy rol o'ynashda davom etadi. Akustik yumshatuvchi effekt payvand choki va issiqlik ta'sirlangan zona materiallarini yuqori haroratli plastik holatida- vaqtincha yumshatadi, bu ularni mikroskopik plastik deformatsiya orqali sovutish qisqarishi natijasida yuzaga keladigan stress kontsentratsiyasini moslashtirish va yumshatish qobiliyatini oshiradi. Bundan tashqari, barqaror yuqori{21}}chastotali mexanik tebranish atomlar migratsiyasi va dislokatsiyalar uchun qo‘shimcha energiya beradi, bu esa ichki stresslarning qayta taqsimlanishi va bo‘shashishiga yordam beradi. Shuning uchun suyuqlikni tozalash va bir hil holga keltirishdan tortib, qotib qolish vaqtida donni tozalashgacha va qattiq holatdagi stressni engillashtirishgacha, ultratovushli tebranish ushbu o'zaro bog'liq jismoniy ta'sirlar seriyasi orqali lazer issiqlik manbai bilan samarali sinergik ta'sir hosil qiladi va an'anaviy lazerli payvandlashning asosiy muammolarini tizimli ravishda hal qiladi{{23}
Shakl 2. Ultratovushning eritilgan hovuzdagi suyuqlik oqimiga ta'siri: (a) ultratovushsiz; (b) ultratovush bilan [1].
03
Ilovaning afzalliklari: Sifat va ishlashning sezilarli yaxshilanishi
Fotoakustik sinergiyaning asosiy printsipi oxir-oqibat payvandlash sifati va qo'shma ishlashda sezilarli sakrashga aylanadi. An'anaviy lazerli payvandlash bilan solishtirganda, ultratovushli tebranish{1}}yordamchi lazerli payvandlash sanoatdagi og'riqli nuqtalarni hal qilishda uchta asosiy afzalliklarni namoyish etadi:
3.1 Payvandlash nuqsonlarini kamaytirish (g'ovaklik, yoriqlar)
Porozlik va yoriqlar payvand chokining ishonchliligiga ta'sir qiluvchi ikkita asosiy "qotil" bo'lib, ultratovushli tebranish ularga kuchli inhibitiv ta'sir ko'rsatadi.
(1) G'ovaklikni inhibe qilish: An'anaviy lazerli payvandlashda, ayniqsa chuqur penetratsion payvandlashda, kalit teshigining beqarorligi va metall bug'ining kirib borishi tufayli g'ovaklik osongina hosil bo'ladi. Ultratovushning kiritilishi kavitatsiya va akustik oqim effektlari orqali eritilgan hovuzga kuchli gazsizlantiruvchi kuch beradi. Bir tomondan, kavitatsiya pufakchalarining qulashi natijasida hosil bo'lgan zarba to'lqinlari eritilgan hovuzdagi mayda vodorod va azot pufakchalarini to'g'ridan-to'g'ri parchalashi yoki ularni birlashishi va tez ko'tarilishiga majbur qilishi mumkin. Boshqa tomondan, akustik oqimning uzluksiz qo'zg'atuvchi effekti pufakchadan qochish uchun yo'l va suzish qobiliyatini taklif qiladi. Bu payvand chokining zichligini sezilarli darajada yaxshilaydi, g'ovaklikni kattalik yoki undan ko'p tartibda kamaytiradi, bu esa bo'g'inlarni muhrlash va charchash muddati uchun juda muhimdir.
(2) Yoriq shakllanishining oldini olish: payvandlash yoriqlari issiq yoriqlar va sovuq yoriqlarga bo'linishi mumkin. Issiq yoriqlar uchun ultratovushli tebranish qo'pol ustunli donalarni sindirish va mayda teng o'qli donalarni hosil qilish orqali qattiqlashuv strukturasini tubdan yaxshilaydi, don chegaralarida past{2}}erish nuqtasi{3}}evtektikalarining ajralishini kamaytiradi va shu bilan materialning yuqori haroratlarda yorilishga chidamliligini oshiradi. Sovuq yoriqlar uchun ultratovushli yumshatuvchi ta'sir va stressni bartaraf etish payvandlashdan keyin qoldiq stressni sezilarli darajada kamaytiradi, stress kontsentratsiyasini oldini oladi, shuning uchun vodorod kechiktirilgan yorilish yoki yuqori stress tufayli yuzaga kelgan sovuq yoriqlarni samarali ravishda inhibe qiladi. Bu ta'sir, ayniqsa, yuqori{7}}po'lat va yuqori qattiqlikdagi materiallarni payvandlashda yaqqol namoyon bo'ladi.
3.2 Bir-biriga o'xshamaydigan materiallarning birikmalarining ishlashini yaxshilash
Bir-biriga o'xshash bo'lmagan metallni payvandlashda eng katta qiyinchilik fizik xususiyatlarning katta farqlari (masalan, erish nuqtasi va issiqlik o'tkazuvchanligi) va interfeysda qalin va mo'rt intermetalik birikmalar (IMC) hosil bo'lish tendentsiyasida bo'lib, bu bo'g'inning qattiq mo'rtlashishiga olib keladi. Ultrasonik tebranish buning uchun noyob echimni taqdim etadi:
(1) IMC qatlamini bostirish va tozalash: ultratovushning kuchli akustik oqimi aralashtirish mexanizmi bo'lib, yangi hosil bo'lgan mo'rt IMC qatlamini sindirib, uning uzluksiz o'sishiga to'sqinlik qiladi va uning parchalarini eritish havzasiga kiritib, ularni payvand chokida nozik, dispers zarralar sifatida taqsimlanishiga olib keladi. Shunday qilib, mo'rt faza endi zaif uzluksiz interfeys emas, balki kuchli va qattiq matritsa bilan o'ralgan bo'lib, bo'g'inning plastisitivligi va qattiqligini sezilarli darajada yaxshilaydi. Misol uchun, alyuminiy / po'lat va alyuminiy / mis payvandlashda IMC qatlamining qalinligi bir necha mikron yoki undan ham kamroq kritik qiymatdan pastroqda samarali nazorat qilinishi mumkin.
3.3 Payvand chokining shakllanishi va mexanik xususiyatlarini optimallashtirish
Ultrasonik tebranish nuqsonlar bilan bog'liq muammolarni hal qilishdan tashqari, payvand chokining sifatini har tomonlama yaxshilashi mumkin.
(1) Payvand choki shakllanishini yaxshilash: Ultrasonik tebranish erigan metallning ko'rinadigan viskozitesini pasaytiradi va uning suyuqligini oshiradi. Bu suyuq metallning tarqalishi va to'ldirilishini osonlashtiradi, natijada payvand choki silliqroq va bir xil bo'ladi, pastki kesish va penetratsiya etishmasligi kabi shakllanish nuqsonlarini kamaytiradi. Shu bilan birga, yaxshilangan namlanish chok va asosiy material o'rtasidagi o'tishni asta-sekinlik bilan amalga oshiradi, stress kontsentratsiyasi nuqtalarini kamaytiradi.
(2) Mexanik xususiyatlarni har tomonlama yaxshilash: Bu yuqoridagi barcha afzalliklarning yakuniy natijasidir. G'ovaklik va mikro yoriqlarni yo'q qilish, shuningdek, donni sezilarli darajada tozalash (3-rasm) tufayli payvand chokining mustahkamligi va plastikligi bir vaqtning o'zida yaxshilanishi mumkin, bu esa an'anaviy materialshunoslikdagi mustahkamlik va plastiklik o'rtasidagi an'anaviy savdoni buzadi. Nozik tenglashtirilgan don tuzilishi yoriqning tarqalish yo'lini burama qiladi, bu esa bo'g'inning sinish chidamliligini va charchoqqa chidamliligini sezilarli darajada oshiradi.
04
Xulosa
Innovatsion kompozit energiya maydonini qayta ishlash usuli sifatida UVA{0}}LW nafaqat an'anaviy lazerli payvandlash jarayonlarini to'ldiradi va optimallashtiradi, balki uzoq vaqtdan beri mavjud bo'lgan bir qancha-muammolarni tubdan hal qiladi. Yuqori{3}}chastotali akustik energiya maydonini lazerli eritilgan hovuzga aniq birlashtirib, bu texnologiya suyuqlikni tozalash va qotib qolish mikrotuzilmasini nazorat qilishdan qattiq holatdagi stressni bartaraf etishgacha-to‘liq ishlash zanjirini kuchaytirib, "fotoakustik sinergiya" orqali chuqur jismoniy aralashuvga erishadi.
Yangi energiya vositalari (ayniqsa, quvvat akkumulyatorlaridagi mis{0}}alyuminiy ulanishlar), aerokosmik (engil, yuqori quvvatli{1}}qotishmalar va bir-biriga oʻxshash boʻlmagan konstruktiv komponentlar) va yuqori aniqlikdagi ishlab chiqarish, ultratovush tekshiruvi-texnologiyalari kabi sohalarda ulanish sifatiga borgan sari qattiq talablar bilan. muhim dastur salohiyatini namoyish etadi. Kelajakdagi tadqiqotlar 1) maxsus materiallar va ilovalar uchun "moslashtirilgan" payvandlashga erishish uchun ultratovush va lazer parametrlarini sinergetik optimallashtirish va moslashtirishga yo'naltirilishi mumkin; 2) bu texnologiyani onlayn monitoring va aqlli boshqaruv tizimlari bilan integratsiyalash,-payvandlash jarayonida yopiq{7}}fikr va real{8}}vaqt sifat kafolati; 3) bosib chiqarish jarayonida qoldiq stress va mikro tuzilmaviy xususiyatlarni nazorat qilish uchun qoʻshimchalar ishlab chiqarish kabi ilgʻor sohalarda qoʻllanilishini yanada oʻrganish. Ko'rinib turibdiki, ultratovushli tebranish-yordamchi lazerli payvandlash texnologiyasi nafaqat "muammolarni hal qiluvchi" bo'libgina qolmay, balki ilg'or ishlab chiqarish texnologiyalarini rivojlantirishga turtki bo'lgan "ishlash samaradorligini oshiruvchi" bo'lib, yuqori unumdorlik va ishonchli materiallar ulanishiga erishish mumkin bo'lgan yo'lni ta'minlaydi.
