Лазер туяагаар гагнахӨндөр хурдтай, өндөр нарийвчлалтай, холбоо барихгүй шинж чанартай тул автомашин, сансар судлал, электрон төхөөрөмж зэрэг салбарт өргөн хэрэглэгддэг бөгөөд ялангуяа өөр өөр материалыг холбоход өвөрмөц давуу талуудыг харуулдаг. Гэсэн хэдий ч гагнуурын процессын явцад үүссэн хатууралтын хагарал (Хатууралт) нь үйлдвэрлэлийн хэрэглээг хязгаарладаг гол согогуудын нэг юм. Эдгээр хагарал нь ихэвчлэн хайлалтын бүсэд (Хайруулах бүс) хатууралтын төгсгөлд үүсдэг бөгөөд энэ нь дулааны стресс, хатууралтын агшилт болон үр тарианы хил дээрх шингэн хальсны хосолсон нөлөөллөөс үүдэлтэй бөгөөд үений механик шинж чанар болон ядрах хугацааг мэдэгдэхүйц бууруулдаг.
1. Үүсгэх механизм
Хатуужилтын хагарлын гол механизм нь хатуужилтын төгсгөлд мөхлөгийн хил дээрх үлдэгдэл шингэний хальсанд оршдог. Хатуужилтын процессын үед хайлсан цөөрөм нь Зураг 1-т үзүүлсэн шиг чөлөөт шингэний бүс, хязгаарлагдмал шингэний бүс, хатуу бүс гэсэн гурван бүсэд хуваагддаг. Хязгаарлагдмал шингэний бүсэд шингэний урсгал бөглөрч, хатуужилтын агшилтаас үүссэн ачааллыг нөхөж чадахгүй бөгөөд үүний үр дүнд мөхлөгийн хил хязгаар салдаг. Мөхлөгийн хил хязгаарын энерги (γgb)-ийн хатуу-шингэний интерфэйсийн энерги (γsl)-тэй харьцуулсан харьцаа нь шингэний хальсны тогтвортой байдлыг тодорхойлдог: хэрэв γgb < 2γsl бол шингэний хальс тогтворгүй бөгөөд мөхлөгийн нэгдэл үүсдэг; эсрэгээрээ шингэний хальс тогтвортой бөгөөд хагарал үүсэх хандлагатай байдаг.
Цаашилбал, хатууралтын ан цав үүсэх нь материалын металлургийн шинж чанартай холбоотой байдаг. Янз бүрийн материалууд нь хатууралтын температурын хүрээ, хатууралтын агшилтын хурд, хайлшийн элементүүдийн тархалт гэх мэт өөр өөр хатууралтын шинж чанартай байдаг. Эдгээр шинж чанарууд нь ан цавын мэдрэг чанарт нөлөөлдөг. Жишээлбэл, бага хайлах цэгтэй эвтектик фазуудыг их хэмжээгээр агуулсан материалд хатууралтын ан цавын мэдрэг чанар өндөр байдаг, учир нь эдгээр эвтектик фазууд нь хатууралтын явцад тасралтгүй шингэн хальс үүсгэх хандлагатай байдаг тул ан цав үүсэхийг эрчимжүүлдэг.
үеэрлазер гагнуурын үйл явц, лазерын хүч, гагнуурын хурд, толбоны хэмжээ зэрэг гагнуурын параметрүүд нь хатууралтын ан цав үүсэхэд нөлөөлдөг. Эдгээр параметрүүд нь гагнуурын процессын үед дулааны оролт болон температурын градиентэд нөлөөлж, улмаар хатууралтын бүтэц, ширхэгийн морфологийг өөрчилдөг. Жишээлбэл, лазерын өндөр хүч, гагнуурын хурд бага байх нь дулааны оролт нэмэгдэж, хөргөлтийн хурд удааширдаг бөгөөд энэ нь булангийн талстуудын өсөлтийг дэмжиж, хагарлын мэдрэмжийг нэмэгдүүлдэг. Үүний эсрэгээр, лазерын бага хүч, гагнуурын хурд өндөр байх нь дулааны оролт бага, хөргөлтийн хурд хурдан болж, тэгш тэнхлэгтэй талстууд үүсэхийг хөнгөвчилж, хагарлын мэдрэмжийг бууруулдаг.
2. Дарангуйлах арга хэмжээ
Хатуужилтын ан цавыг үр дүнтэй дарахын тулдлазер гагнуур, судлаачид үр тарианы бүтцийг хянах, гагнуурын параметрүүдийг оновчтой болгох, материалын шинж чанарыг сайжруулахад голчлон чиглэсэн янз бүрийн стратеги санал болгосон. Үр тарианы бүтцийг боловсронгуй болгосноор үр тарианы хил хязгаарын тоог нэмэгдүүлж, стрессийн концентрацийг бууруулж, улмаар хагарал үүсэхийг бууруулж болно. Судалгаагаар лазер туяаны хэлбэлзлийн технологийг ашигласнаар багана хэлбэртэй талстуудыг бусад материал нэмэхгүйгээр нарийн тэнцүү тэнхлэгтэй талст болгон хувиргаж болохыг харуулсан. Лазер туяаны хэлбэлзэл нь лазерын энергийг тарааж, хайлсан цөөрөмд турбулент үүсгэж, улмаар багана хэлбэртэй талстуудын өсөлтийн чиглэлийг эвдэж, тэнцүү тэнхлэгтэй талстууд үүсэхийг дэмждэг (Зураг 3). Үүнээс гадна, лазер туяаны хэлбэлзэл нь хайлсан цөөрмийн өргөнийг нэмэгдүүлж, температурын градиентийг бууруулж, хайлсан цөөрмийн хатуурах хугацааг уртасгаж, ууссан бодисын тархалт болон шингэний хальсыг нөхөхөд хувь нэмэр оруулж, улмаар хатуурах хагарлын мэдрэг чанарыг мэдэгдэхүйц бууруулдаг.
Үр тарианы хил хязгаарын шингэний хальснуудын янз бүрийн хэлбэрийн дор тархалт.
Гагнуурын хайлмал цөөрмийн бүдүүвч диаграмм, a, b) хэлбэлзэлгүй, c, d) хажуугийн хэлбэлзэл, e, f) уртааш хэлбэлзэл, g, h) тойргийн хэлбэлзэл.
Үүнээс гадналазер туяаХос лазерын эх үүсвэрийг ашиглах нь хэлбэлзлийн технологи нь хатууралтын ан цавыг дарах үр дүнтэй аргуудын нэг юм. Хос лазерын эх үүсвэр нь дулааны мөчлөгийг оновчтой болгосноор багана хэлбэртэй талстуудаас тэгш тэнхлэгтэй талстууд руу шилжих боломжтой бөгөөд ингэснээр үр тарианы хэмжээ болон хэв гажилтын концентрацийг бууруулдаг. Жишээлбэл, CO₂ лазерыг гол дулааны эх үүсвэр, Nd:YAG импульсийн лазерыг туслах дулааны эх үүсвэр болгон ашиглах үед гагнуурын явцад оновчтой дулааны мөчлөгийг бий болгож, тэгш тэнхлэгтэй талстууд үүсэхийг дэмжиж, хатууралтын ан цавын мэдрэг чанарыг бууруулж болно (Зураг 4).
Гагнуурын параметрүүдийг оновчтой болгох нь хатууралтын ан цавыг дарах чухал хэрэгсэл юм. Лазерын хүч, гагнуурын хурд, толбоны хэмжээ зэрэг параметрүүдийг тохируулснаар гагнуурын процессын дулааны оролт болон температурын градиентийг хянаж, улмаар хатууралтын бүтэц болон ширхэгийн морфологид нөлөөлж болно. Зураг 5-д үзүүлсэн шиг урьдчилан халаах боловсруулалт нь хөргөлтийн хурдыг бууруулж, тэгш тэнхлэгтэй талстууд үүсэхийг дэмжиж, улмаар хатууралтын ан цавын мэдрэг чанарыг бууруулдаг болохыг судалгаагаар харуулсан. Үүнээс гадна, импульсийн лазер гагнуур ашиглах, гагнуурын хурдыг нэмэгдүүлэх зэрэг аргууд нь дулааны оролт болон хөргөлтийн хурдыг өөрчлөх замаар багана хэлбэртэй талстуудаас тэгш тэнхлэгтэй талстууд руу шилжих боломжийг олгож, улмаар ан цавын мэдрэг чанарыг бууруулж чадна.
Зураг 5. a) Халаалтгүй, b) 300°C-д урьдчилан халаасан тэгш тэнхлэгтэй үр тариа.
Лазераар гагнах үед материалын хоорондын физик болон химийн шинж чанарын мэдэгдэхүйц ялгаанаас болж хэврэг металл хоорондын нэгдлүүд үүсэх хандлагатай байдаг бөгөөд энэ нь хатууралтын ан цав үүсэх гол шалтгаануудын нэг юм. Тиймээс металл хоорондын нэгдлүүдийн үүсэх буюу хэмжээг багасгахын тулд лазерын параметрүүд болон тохиргоог тохируулах нь хатууралтын ан цавыг дарах чухал стратеги юм. Жишээлбэл, зэс-хөнгөн цагааны ялгаатай материалыг лазераар гагнахдаа лазер туяаны шилжилт болон гагнуурын хурдыг хянах замаар хайлсан цөөрөм дэх зэс, хөнгөн цагааны холих харьцааг бууруулж, улмаар хэврэг металл хоорондын нэгдлүүдийн үүсэхийг бууруулж, ан цавын мэдрэг чанарыг бууруулж болно. Үүнээс гадна, дүүргэгч материалыг ашиглах нь гагнасан холболтын гүйцэтгэлийг сайжруулж, ан цав үүсэхийг бууруулж чадна. Дүүргэгч материал нь гагнасан холболтын найрлага, бичил бүтцийг өөрчлөх замаар металл хоорондын нэгдлүүдийн үүсэхийг бууруулж, гагнасан холболтын бат бөх чанарыг сайжруулж чадна.
Хатуужилтын ан цав нь лазер гагнуурын процессын нийтлэг согогуудын нэг юм. Тэдгээрийн үүсэх механизм нь нарийн төвөгтэй бөгөөд дулаан, механик, металлурги зэрэг олон хүчин зүйлийн харилцан үйлчлэлийг хамардаг. Хатуужилтын ан цав үүсэх механизмыг гүнзгий судалснаар ан цавыг дарах онолын үндэс суурийг тавьж болно. Сүүлийн жилүүдэд судлаачид хатуужилтын ан цавыг дарах янз бүрийн стратеги санал болгосон бөгөөд эдгээр нь голчлон үр тарианы бүтцийг хянах, гагнуурын параметрүүдийг оновчтой болгох, материалын шинж чанарыг сайжруулахад чиглэгддэг. Эдгээр стратеги нь хатуужилтын ан цавын мэдрэг чанарыг тодорхой хэмжээгээр бууруулж, лазер гагнуурын чанар, найдвартай байдлыг сайжруулж чадна гэдгийг практик нотолж байна. Гэсэн хэдий ч лазер гагнуурын процессын нарийн төвөгтэй байдал, олон янз байдлаас шалтгаалан одоогийн судалгаанд зарим дутагдалтай талууд байсаар байна. Жишээлбэл, янз бүрийн материал, гагнуурын нөхцөлд хатуужилтын ан цавыг дарангуйлах механизмын хувьд цаашид гүнзгийрүүлсэн судалгаа хийх шаардлагатай хэвээр байна.
Нийтэлсэн цаг: 2025 оны 3-р сарын 20
