Кафшери лазерӣ – Таъсири параметрҳои ларзиш ба ҳолати ҳалқаи танзимшаванда (ARM) Кафшери лазерии хӯлаҳои алюминий

Кафшери лазерӣ – Таъсири параметрҳои ларзиш ба ҳолати ҳалқаи танзимшаванда (ARM) Кафшери лазерии хӯлаҳои алюминий

1. Хулоса

Ин таҳқиқот таъсири амплитуда ва басомади лаппишро ба сифати сатҳ, сохторҳои макро ва микро ва сӯрохинокии ҳолати ҳалқаи танзимшаванда (ARM) таҳқиқ мекунад.кафшери ларзишии лазерӣПластинаҳои хӯлаи алюминийи A5083. Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки бо афзоиши амплитуда ва басомади ларзиш, сифати сатҳи кафшер беҳтар мешавад. Бо афзоиши амплитуда, буриши кафшер аз шакли "пиёлаи" ба шакли "ҳилол" табдил меёбад. Таҳлили микросохторӣ нишон медиҳад, ки андозаи донаҳои кафшер бо афзоиши амплитуда ва басомади ларзиш аз сабаби рақобат байни таъсири омехтакунӣ ва коҳиши суръати хунуккунӣ кам намешавад. Сӯрохии кафшер бо афзоиши параметрҳои ларзиш коҳиш меёбад ва вақте ки амплитуда 2 мм аст, сӯрохии ниҳоии 0,22% мерасад. Томографияи рентгении сеченака таъсири ларзишро ба тақсимоти сӯрохиҳо тасдиқ мекунад: сӯрохиҳои калон майл доранд, ки дар паси ҳавзи гудохта ҷамъ шаванд, дар ҳоле ки сӯрохиҳои хурд симметрияи беҳтарро нишон медиҳанд. Ин тадқиқот фаҳмишҳои арзишмандро барои беҳтар кардани параметрҳои ларзиш барои ба даст овардани кафшери лазерии баландсифат дар барномаҳои хӯлаи алюминийи A5083 пешниҳод мекунад.

2 Таърихи соҳа

Хӯлаҳои алюминий бартариҳои сабукӣ, мустаҳкамии хоси баланд ва муқовимати хуби зангзанӣ доранд ва дар саноати автомобилсозӣ, роҳи оҳани баландсуръат, кайҳонӣ ва дигар соҳаҳо васеъ истифода мешаванд. Кафшери лазерӣ бартариҳои самаранокии баланд, минтақаи хурди таъсири гармӣ ва деформатсияи хурди кафшерро дорад. Аз ин рӯ,Кафшери лазерӣ як усули сарфакоронаи кафшер аст, ки барои табақҳои ғафс мувофиқ аст, ки метавонад шумораи гузаришҳои кафшерро ба таври назаррас коҳиш диҳад. Сӯрохнокӣ як камбудии назаррас дар кафшери лазерии хӯлаҳои алюминий аст, ки ба хосиятҳои механикии пайвандҳои кафшерӣ таъсири ҷиддӣ мерасонад. Аз ин рӯ, таҳқиқоти васеъ барои кам ва бартараф кардани ташаккули сӯрохнокӣ, аз ҷумла беҳсозии гази муҳофизатӣ, истифодаи технологияи душӯбӣ, истифодаи системаҳои қувваи лазерии модулятсияшуда ва қабули усулҳои сӯрохноки ларзишӣ гузаронида шудаанд. Технологияи кафшери ларзишноки лазерӣ бо қобилияти он барои муттаҳид кардани бартариҳои кафшери лазерӣ бо хусусиятҳои худ фарқ мекунад. Истифодаи кафшери ларзишноки лазерӣ на танҳо метавонад сӯрохнокиро кам кунад, балки инчунин микросохтори кафшерро беҳтар кунад ва сифати кафшерро беҳтар созад. Шумораи зиёди таҳқиқот асосан ба ҷанбаҳои гуногуни кафшери ларзишноки лазерӣ, аз ҷумла кам кардани сӯрохнокӣ, беҳсозии тақсимоти энергия, такмили сохтори дона ва тавсифи ҷараёни гудохта дар ҳавзи гудохта тамаркуз кардаанд. Тақсимоти энергияи лазерӣ дар тақсимоти ҳарорат ва умқи воридшавии кафшери лазерӣ нақши муҳим мебозад. Дар амплитудаи муайяни ларзиш, бо афзоиши басомади сканкунӣ, раванди кафшер аз кафшери воридшавии амиқ ба кафшери ноустувор ва дар ниҳоят ба кафшери гармигузаронӣ мегузарад. Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки афзоиши амплитуда ва басомади сканкунӣ метавонад сӯрохиро кам кунад, аммо инчунин чуқурии воридшавии кафшерро ба таври назаррас коҳиш диҳад ва бо ин васила хосиятҳои механикии кафшерро коҳиш диҳад. Дар солҳои охир, лазери танзимшавандаи ҳалқа (ARM) таҳия шудааст, ки энергияи лазерро ба ядро ​​бо зичии баланди энергия ва ҳалқа бо зичии пасти энергия тақсим мекунад ва ҳадафи он устувор кардани сӯрохи калид ва беҳтар кардани сифати кафшер мебошад. Муҳаққиқон кафшери ларзиши лазерии ARM-ро барои кафшер кардани хӯлаҳои алюминийи 6xxx бо қувваи баланд дар таносуби гуногуни қувваи аслӣ/ҳалқа ва паҳнои ларзиш истифода кардаанд. Натиҷаҳои таҷрибавӣ нишон медиҳанд, ки омили асосие, ки ба геометрияи кафшер таъсир мерасонад, паҳнои ларзиш аст, на таносуби қувваи аслӣ-ҳалқа. Аммо, тақсимоти сӯрохиҳо ва механизми боздории он дар зери суперпозитсияи ларзиш ва лазери ARM омӯхта нашудааст. Дар ин мақола, технологияи нави кафшери ларзиши лазерии ARM барои кам кардани сӯрохии кафшер, ба даст овардани чуқурии воридшавии баландтар ва сифати беҳтари кафшер қабул карда шудааст. Таҳқиқоти ҳамаҷониба оид ба тақсимоти энергияи лазер, рафтори динамикии ҳавзи гудохта ва микросохтор дар зери басомадҳо ва амплитудаҳои гуногуни ларзиш гузаронида шудааст.

3. Ҳадафҳо ва тартиби таҷрибавӣ

Барои кафшер кардани хӯлаҳои алюминий технологияи кафшери ларзиши лазерии даврашакл истифода шуд. Маводи асосӣ (BM) хӯлаи алюминийи 5083-O бо андозаҳои 300 мм × 100 мм × 5 мм (дарозӣ × паҳнӣ × ғафсӣ) буд ва таркиби химиявии он дар ҷадвал нишон дода шудааст. Пеш аз кафшер, намунаҳо сайқал дода шуданд, то плёнкаи оксиди сатҳӣ тоза карда шавад, сипас бо ацетон дар ваннаи ултрасадо барои 15 дақиқа тоза карда шуд, то равғани сатҳӣ тоза карда шавад.системаи кафшери лазерӣасосан аз роботи Kuka, лазери диски TruDisk 8001 ва сканери галванометри 3D PFO иборат аст. Лазери диски TruDisk 8001 ҳамчун манбаи лазери танзимшавандаи ҳалқа истифода шудааст, ки таносуби нахи аслӣ/ҳалқа 100/400 мкм ва қувваи максималии баромад 8 кВт (дарозии мавҷ 1030 нм, параметри сифати шуоъ 4.0 мм·рад) мебошад. Шуоъи лазер аз як қисми аслӣ ва як қисми ҳалқа иборат аст, ки дар он лазер дар қисми марказии аслӣ сӯрохи калидӣ (60% энергияи лазер) эҷод мекунад ва лазер дар қисми ҳалқа тақсимоти хуби ҳароратро (40% энергияи лазер) таъмин мекунад, чунон ки дар расми (b) нишон дода шудааст. Масофаҳои фокусии коллиматор ва линзаи фокускунанда мутаносибан 138 мм ва 450 мм мебошанд. Дар раванди кафшер, камераи баландсуръати Phantom V1840 ва манбаи рӯшноии баландбасомади Cavilux барои назорати раванди кафшер дар вақти воқеӣ бо суръати тирпарронӣ 5000 кадр/сония ва вақти экспозитсия 1 мкс истифода шуданд. Дар ин таҳқиқот, траекторияи лаппиши шуоъҳои даврашакл, масири ҳаракати лазер ва суръати фаврӣ, тавре ки дар расм нишон дода шудааст, муайян карда шудаанд.

4 Натиҷаҳо ва муҳокима

4.1 Хусусиятҳои морфологияи кафшер Морфологияҳои сатҳи кафшер дар режимҳои гуногуни лаппиши лазерӣ дар расм нишон дода шудаанд. Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки сатҳи кафшери кафшери хатти рост ноҳамвор аст (ноҳамвории 78.01 мкм), бо пайвастагии сусти мавҷҳои кафшер ва паҳншавии нокифояи кафшер. Ташаккули нокифояи кафшер, пошидани шадид ва буриши поёнӣ низ мушоҳида шуданд. Бо афзоиши амплитуда ва басомади лаппиш, сатҳи кафшер пулакчаҳои зич ва якхелаи моҳӣ дорад. Ноҳамвории сатҳи кафшерҳо бо амплитудаҳои лаппиши 0.5 мм, 1 мм ва 2 мм мутаносибан 80.71 мкм, 49.63 мкм ва 31.12 мкм мебошад. Ҳеҷ гуна ноҳамворӣ ё барҷастагие, ки аз пошидани кафшер ба вуҷуд меояд, вуҷуд надорад. Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки басомади баланди лаппиш боиси ҷараёни мунтазамтари ҳавзи гудохта, таъсири қавитари омехтакунии нури лазер ва сатҳи беҳтарини кафшер мегардад. Асосан, шакли кафшери лазерӣ бо ҳаракати нури лазер алоқамандии сабабӣ дорад. Ҳангоми кафшер, тағйирот дар амплитуда ва басомади ларзиш суръати кафшерро тағйир медиҳад ва бо ин васила ба зичии энергияи хаттӣ ва вуруди умумии гармии лазер таъсир мерасонад. Морфологияи буриши кафшер шакли "ҷом"-ро дорад, ки аз ду қисм иборат аст: қисми поёнӣ "поя" ва қисми болоӣ "коса" мебошад. Чуқурии воридшавӣ ва "поя" мутаносибан ҳамчун H1 ва H2 муайян карда шудаанд ва паҳнои кафшер ("коса") ва "поя" мутаносибан ҳамчун W1 ва W2 муайян карда шудаанд. Ҳарду паҳнои кафшер W1 ва W2 бо афзоиши амплитудаи ларзиш ҳамоҳанг меафзояд ва морфологияи кафшер тадриҷан аз шакли "ҷом" ба шакли "ҳилол" табдил меёбад. Зичии максималии энергияи лазер дар ҳампӯшии траектория пайдо мешавад. Бо муқоисаи расмҳои (b, d) ва (c, e), дидан мумкин аст, ки афзоиши басомади сканкунӣ майдони ҳампӯшии траекторияро дар масири сканкунӣ зиёд мекунад ва тақсимоти энергияи лазерро яксонтар мекунад. Аммо, кам шудани зичии максималии энергия ба коҳиши умқи кафшер оварда мерасонад.

4.2 Рафтори ҳавзи гудохта Барои равшан кардани таъсири роҳи сканкунӣ ба рафтори ҳавзи гудохта, системаи камераи баландсуръат барои мушоҳидаи раванди эволютсияи ҳавзи гудохта ва сӯрохи калид истифода шуд. Расми (а) раванди эволютсияи ҳавзи гудохтаро дар зери масири хати рост нишон медиҳад. Расмҳо (bf) диаграммаҳои эволютсияи ҳавзи гудохта дар зери параметрҳои гуногуни лаппиш мебошанд. Бо афзоиши басомади лаппиш ва амплитуда, қисми қафои ҳавзи гудохта аз ҳисоби васеъшавии паҳнои ҳавзи гудохта мудаввартар мешавад. Бо афзоиши дарозии ҳавзи гудохта, ноустувории сатҳ, ки аз таркиши сӯрохи калид ба вуҷуд меояд, ҳангоми паҳншавии баръакс коҳиш меёбад. Аз ин рӯ, металли моеъи гудохта дар охири қафои ҳавзи гудохта ҳамвор ва мунтазам сахт мешавад ва пулакчаҳои якхела ва зичи моҳии кафшерро ташкил медиҳад. Расми мазкур тағирёбии майдони кушодани сӯрохи калидро ҳангоми кафшери лазерӣ нишон медиҳад, ки аз тасвирҳои аксбардории суръати баланди ҳавзи гудохта гирифта шудааст. Тавре ки дар расми (а) нишон дода шудааст, ҳангоми кафшери хати рост, андозаи кушодани сӯрохи калид ноустувориҳои намоёнро нишон медиҳад. Якчанд ҳолати бастани сӯрохи калид (0 мм²) мушоҳида карда шуд, ки майдони миёнаи кушодани сӯрохи калид 0,47 мм² буд. Афзоиши амплитудаи ларзиш инчунин метавонад ноустувориро кам кунад ва устувориро беҳтар созад. Ин аз он сабаб аст, ки дар кафшери ларзишӣ, қисми зиёди энергия ба ҳарду тараф тақсим мешавад. Аз ин рӯ, баромади сӯрохи калид васеъ мешавад ва амплитудаи ларзиш меафзояд ва бо ин васила майдони кушодашавиро зиёд мекунад. Афзоиши амплитуда диапазони омехташавии нури лазерро васеъ мекунад, ки боиси васеъ шудани радиуси ҳаракати даврии сӯрохи калид мегардад. Аз сабаби часпакии металли гудохта ва фишори гидродинамикӣ, ки дар наздикии девори сӯрохи калид амал мекунад, ҳаракати ҷараёни гирдбод дар ҳавзи гудохтаи кафшерӣ дар наздикии сӯрохи калид ба амал меояд. Васеъшавии майдони кушодашавии сӯрохи калид устувории онро афзоиш медиҳад, аз пайдоиши ҳубобчаҳо пешгирӣ мекунад ва аз ин рӯ, сӯрохнокиро ба таври назаррас бозмедорад.

4.3 Микросохтор Дар расм морфологияи буриши кафшери EBSD дар зери басомадҳо ва амплитудаҳои гуногуни ларзиш нишон дода шудааст. Дар наздикии хати пайвастшавии кафшери лазерӣ, донаҳои дендрити сутунӣ ба самти маркази пайвастшавӣ мерӯянд. Тавре ки дар расми (а) нишон дода шудааст, байни минтақаҳои "коса" ва "поя", фарқиятҳои намоён дар тақсимоти донаҳои сутунӣ мушоҳида карда мешаванд. Донаҳои сутунӣ дар шакли U дар девори "коса" тақсим шудаанд, дар ҳоле ки дар минтақаи "поя", донаҳои сутунӣ дар шакли U дар хатти пайвастшавӣ тақсим шудаанд. Ҳангоми сахтшавии кафшер, донаҳои қисман сахтшуда дар минтақаи пайвастшавӣ ҳамчун ҷойҳои ядрошавӣ барои ҷабҳаи сахтшавӣ амал мекунанд ва афзалиятнок ба сарҳади ҳавзи гудохта дар самти градиенти максималии ҳарорат амудӣ мерӯянд. Ин падида аз он сабаб рух медиҳад, ки зичии баланди қувваи лазер боиси аз ҳад зиёд гарм шудани ҳавзи кафшерӣ мегардад. Градиенти гармии баландтар G ва суръати мӯътадили афзоиш R G/R-ро аз остонаи табдили микросохторӣ зиёдтар мекунад, ки боиси пайдоиши донаҳои сутунӣ мегардад. Градиенти ҳарорат G дар маркази кафшер кам мешавад, ки боиси паст шудани таносуби G/R аз остонаи табдили микросохтор тадриҷан паст шуда, ба донаҳои баробармеҳвар мегузарад. Донаҳои баробармеҳвар дар қисмҳои марказии ҳам "коса" ва ҳам "поя" ҷойгиранд. Азбаски "поя"-и кафшер танг ва ба маводи асосӣ наздик аст, он пеш аз минтақаи "коса" ҳангоми хунуккунӣ пурра сахт мешавад. Қисми "поя"-и сахтшуда ҳамчун макони ядрошавӣ дар поёни "коса" амал мекунад ва афзоиши болоравии донаҳои сутуншаклро мусоидат мекунад. Дар расм равандҳои кафшери рост ва ларзишӣ нишон дода шудаанд. Нишон дода шудааст, ки тағйири доимии мавқеи нури лазер дар кафшери ларзишии лазерӣ дарозии ҳавзи гудохташудаи миёнаро зиёд мекунад ва металли аллакай сахтшударо дубора об мекунад ва боиси коҳиши суръати афзоиши донаҳо r мегардад. Ин метавонад ба коҳиши G/R дар минтақаи донаҳои баробармеҳвари поёнӣ оварда расонад.

4.4 Тақсимоти сӯрохдор Барои гузаронидани санҷиши ҳамаҷонибаи кафшер, ки тақсимоти сеченакаи сӯрохиҳоро дар кафшер ба даст овардааст, аз томографияи рентгении сеченака истифода шуд, ки дар он тақсимоти сеченакаи сӯрохиҳо дар кафшер, чунон ки дар расм нишон дода шудааст, ба даст оварда шуд. Сӯрохдор ҳамчун тақсими ҳаҷми умумии сӯрохиҳо ба ҳаҷми умумии кафшер ҳисоб карда мешавад. Бо муқоисаи морфологияи сӯрохиҳо ва тақсимоти кафшерҳои ларзиши лазерии ростхатта ва кафшерҳои ларзиши лазерии даврашакл, муайян карда шуд, ки кафшерҳои ларзиши лазерии ростхатта сӯрохиҳои ҳаҷми калонтар доранд, ки сӯрохдориашон 2,49% аст, ки нисбат ба сӯрохиҳои даврашакл ба таври назаррас баландтар аст.кафшерҳои ларзишёбандаи лазерӣБо муқоисаи расмҳои (b, c) ва (d, e), дидан мумкин аст, ки афзоиши басомади ларзиш ба пешгирии пайдоиши сӯрохиҳо мусоидат мекунад. Бо муқоисаи расмҳои (b, d) ва (c, e), дидан мумкин аст, ки афзоиши амплитудаи ларзиш низ дар пешгирии пайдоиши сӯрохиҳо нақши муҳим мебозад. Вақте ки амплитудаи ларзиш то 2 мм (Расми (f)) боз ҳам зиёд карда мешавад, сӯрохӣ боз ҳам то 0,22% кам мешавад ва танҳо сӯрохиҳои ҳаҷм ва хурд боқӣ мемонанд. Дар расм тақсимоти майдони сӯрохиҳо дар масофаҳои гуногун аз хати марказии кафшер нишон дода шудааст, ки сӯрохиро дар асоси андозаи майдони сӯрохиҳо нишон медиҳад. Барои кафшери хати рост, майдони сӯрохиҳо дар баробари хати марказии кафшер симметрӣ тақсим карда мешавад ва бо афзоиши масофа аз хати марказии кафшер тадриҷан кам мешавад. Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки сӯрохиҳои аз сӯрохи калид ба вуҷуд омада асосан дар паси 后壁 ҳавзи гудохта дар хати марказии кафшер ҷамъ шудаанд. Барои кафшери ларзиши лазерӣ, симметрияи тақсимоти сӯрохиҳо заифтар мешавад. Дар расм майдони сӯрохиҳо дар масофаҳои гуногун аз сатҳи кафшер нишон дода шудааст, ки дар он хати сурх сарҳади байни минтақаҳои "коса" ва "поя"-ро ифода мекунад. Дар мавриди сӯрохиҳои калони бартаридошта (Расмҳо (ac)), майдони сӯрохиҳо дар болои сарҳад беш аз 85% -ро ташкил медиҳад. Ин аз он сабаб аст, ки гузариши контур дар сарҳади дарози итудиналӣ эҳтимоли бештари нигоҳ доштани ҳубобчаҳо дар ҳавзи кафшерро дорад ва ҳубобчаҳои дармондашуда зери таъсири шинокунанда майл ба боло ҳаракат мекунанд. Дар мавриди сӯрохиҳои хурди бартаридошта (Расмҳо (df)), сӯрохиҳо дар минтақае, ки дар дохили 0,5 мм поёнтар аз хатти сарҳад ҷойгиранд, ҷамъ шудаанд. Вақти кӯтоҳи хунуккунӣ ва ҷойивазкунии хурд ба боло метавонад сабабҳои ин падида бошад.

5 Хулоса

(1) Реҷаҳои гуногуни ларзиши лазерӣ ба сатҳи кафшер таъсири возеҳ мерасонанд. Амплитуда ва басомади баландтар метавонанд сифати сатҳро беҳтар кунанд, дар ҳоле ки параметрҳои аз ҳад зиёди ларзиш метавонанд ноҳамвориро зиёд кунанд ва нуқсонҳои каҷро ба вуҷуд оранд.

(2) Шакли кафшер асосан аз рӯи параметрҳои ларзиши лазер муайян карда мешавад, ки ба суръати кафшер, тақсимоти энергия ва вуруди умумии гармӣ таъсир мерасонанд. Бо афзоиши амплитудаи ларзиш, морфологияи кафшер аз "қадаҳ" ба "ҳилол" тағйир меёбад ва таносуби тарафҳо коҳиш меёбад.

(3) Бо афзоиши амплитуда ва басомади ларзиш, ҳавзи гудохта васеътар мешавад ва қисми қафо мудаввар мешавад. Таъсири ларзиш дарозии ҳавзи гудохтаро зиёд мекунад, ки барои фирори ҳубобчаҳо ва сахтшавии якхела муфид аст. Ҳангоми кафшери рост, майдони кушодани сӯрохи калид тағйир меёбад; нисбатан, ин тағйирёбиро метавон кам кард ва устувории кафшерро беҳтар кард.

(4) Афзоиши амплитуда ва басомади ларзиш ҳам градиенти гармӣ ва ҳам суръати афзоишро коҳиш медиҳад, ки барои ташаккули андозаи калони донаҳо муфид аст. Бо вуҷуди ин, таъсири омехтакунии лазер барои беҳтар кардани андозаи донаҳо ва беҳтар кардани қуввати сохтор мусоидат мекунад. Дар зери параметрҳои гуногуни лазер, сахтии кафшер нисбатан устувор боқӣ мемонад, ки нисбат ба маводи асосӣ каме пасттар аст, ки ин метавонад аз сабаби талафоти бухоршавии магний бошад.

(5) Томографияи рентгении сеченака нишон медиҳад, ки кафшери хатти рост нисбат ба кафшери ларзишӣ сӯрохии баландтар (2.49%) ва ҳаҷми сӯрохиҳои калонтар дорад. Афзоиши параметрҳои ларзиш метавонад сӯрохиро ба таври назаррас коҳиш диҳад ва ҳатто вақте ки амплитуда 2 мм аст, ба 0.22% мерасад. Тақсимоти масоҳати сӯрохиҳо бо ларзиш тағйир меёбад: сӯрохиҳои калон дар паси ҳавзи гудохта ҷамъ мешаванд ва сӯрохиҳои хурд симметрияи беҳтар доранд. Сӯрохиҳои калон асосан дар болои сарҳади байни минтақаҳои "коса" ва "поя" ҷойгир шудаанд, дар ҳоле ки сӯрохиҳои хурд дар зери сарҳад ҷамъ шудаанд.