Συγκόλληση με λέιζερ – Η επίδραση των παραμέτρων ταλάντωσης στη συγκόλληση με λέιζερ κραμάτων αλουμινίου με ρυθμιζόμενο τρόπο δακτυλίου (ARM)

Συγκόλληση με λέιζερ – Η επίδραση των παραμέτρων ταλάντωσης στη συγκόλληση με λέιζερ κραμάτων αλουμινίου με ρυθμιζόμενο τρόπο δακτυλίου (ARM)

1. Περίληψη

Αυτή η μελέτη διερευνά τις επιδράσεις του πλάτους και της συχνότητας ταλάντωσης στην ποιότητα της επιφάνειας, τις μακροδομές και τις μικροδομές, καθώς και το πορώδες της ρυθμιζόμενης λειτουργίας δακτυλίου (ARM)συγκολλημένη με λέιζερ ταλάντωσηΠλάκες κράματος αλουμινίου A5083. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι με την αύξηση του πλάτους και της συχνότητας ταλάντωσης, βελτιώνεται η ποιότητα της επιφάνειας συγκόλλησης. Καθώς αυξάνεται το πλάτος, η διατομή της συγκόλλησης μετατρέπεται από σχήμα "κυπέλλου" σε σχήμα "ημισέληνου". Η μικροδομική ανάλυση δείχνει ότι το μέγεθος των κόκκων της συγκόλλησης δεν μειώνεται με την αύξηση του πλάτους και της συχνότητας ταλάντωσης λόγω του ανταγωνισμού μεταξύ του φαινομένου ανάδευσης και της μείωσης του ρυθμού ψύξης. Το πορώδες της συγκόλλησης μειώνεται με την αύξηση των παραμέτρων ταλάντωσης, φτάνοντας σε τελικό πορώδες 0,22% όταν το πλάτος είναι 2 mm. Η τρισδιάστατη τομογραφία ακτίνων Χ επιβεβαιώνει περαιτέρω την επίδραση της ταλάντωσης στην κατανομή των πόρων: οι μεγάλοι πόροι τείνουν να συσσωματώνονται πίσω από την τετηγμένη δεξαμενή, ενώ οι μικροί πόροι εμφανίζουν καλύτερη συμμετρία. Αυτή η έρευνα παρέχει πολύτιμες πληροφορίες για τη βελτιστοποίηση των παραμέτρων ταλάντωσης για την επίτευξη συγκόλλησης με λέιζερ υψηλής ποιότητας σε εφαρμογές κράματος αλουμινίου A5083.

2 Ιστορικό Βιομηχανίας

Τα κράματα αλουμινίου έχουν τα πλεονεκτήματα του ελαφρού βάρους, της υψηλής ειδικής αντοχής και της καλής αντοχής στη διάβρωση και χρησιμοποιούνται ευρέως στην αυτοκινητοβιομηχανία, στις σιδηροδρομικές γραμμές υψηλής ταχύτητας, στην αεροδιαστημική και σε άλλες βιομηχανίες. Η συγκόλληση με λέιζερ έχει τα πλεονεκτήματα της υψηλής απόδοσης, της μικρής ζώνης που επηρεάζεται από τη θερμότητα και της μικρής παραμόρφωσης συγκόλλησης. Επομένως,Η συγκόλληση με λέιζερ είναι μια οικονομική μέθοδος συγκόλλησης κατάλληλη για χοντρές πλάκες, η οποία μπορεί να μειώσει σημαντικά τον αριθμό των περασμάτων συγκόλλησης. Το πορώδες είναι ένα σημαντικό ελάττωμα στη συγκόλληση με λέιζερ κραμάτων αλουμινίου, το οποίο επηρεάζει σοβαρά τις μηχανικές ιδιότητες των συγκολλημένων αρμών. Ως εκ τούτου, έχουν διεξαχθεί εκτεταμένες μελέτες για τη μείωση και την εξάλειψη του σχηματισμού πορώδους, συμπεριλαμβανομένης της βελτιστοποίησης του αερίου θωράκισης, της εφαρμογής τεχνολογίας διπλής δέσμης, της χρήσης διαμορφωμένων συστημάτων ισχύος λέιζερ και της υιοθέτησης μεθόδων ταλαντούμενης δέσμης. Η τεχνολογία συγκόλλησης με ταλαντωτή λέιζερ ξεχωρίζει για την ικανότητά της να συνδυάζει τα πλεονεκτήματα της συγκόλλησης με λέιζερ με τα δικά της χαρακτηριστικά. Η χρήση ταλαντούμενης συγκόλλησης με λέιζερ μπορεί όχι μόνο να μειώσει το πορώδες αλλά και να βελτιώσει τη μικροδομή της συγκόλλησης και να βελτιώσει την ποιότητα της συγκόλλησης. Ένας μεγάλος αριθμός μελετών έχει επικεντρωθεί κυρίως σε διάφορες πτυχές της ταλαντούμενης συγκόλλησης με λέιζερ, συμπεριλαμβανομένης της μείωσης του πορώδους, της βελτιστοποίησης της κατανομής ενέργειας, της βελτίωσης της δομής των κόκκων και του χαρακτηρισμού της ροής τήγματος στην τετηγμένη δεξαμενή. Η κατανομή της ενέργειας λέιζερ παίζει κρίσιμο ρόλο στην κατανομή της θερμοκρασίας και στο βάθος διείσδυσης της συγκόλλησης με λέιζερ. Σε ένα ορισμένο πλάτος ταλάντωσης, με την αύξηση της συχνότητας σάρωσης, η διαδικασία συγκόλλησης μεταβαίνει από τη συγκόλληση βαθιάς διείσδυσης σε ασταθή συγκόλληση και τέλος σε συγκόλληση θερμικής αγωγιμότητας. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η αύξηση του πλάτους και της συχνότητας σάρωσης μπορεί να μειώσει το πορώδες, αλλά και να μειώσει σημαντικά το βάθος διείσδυσης της συγκόλλησης, μειώνοντας έτσι τις μηχανικές ιδιότητες της συγκόλλησης. Τα τελευταία χρόνια, έχει αναπτυχθεί ένα λέιζερ ρυθμιζόμενου τρόπου δακτυλίου (ARM), το οποίο διαιρεί την ενέργεια του λέιζερ σε έναν πυρήνα με υψηλή ενεργειακή πυκνότητα και έναν δακτύλιο με χαμηλή ενεργειακή πυκνότητα, με στόχο τη σταθεροποίηση της κλειδαρότρυπας και τη βελτίωση της ποιότητας συγκόλλησης. Οι ερευνητές έχουν χρησιμοποιήσει ταλαντούμενη συγκόλληση με λέιζερ ARM για τη συγκόλληση κραμάτων αλουμινίου υψηλής αντοχής 6xxx υπό διαφορετικές αναλογίες ισχύος πυρήνα/δακτυλίου και πλάτη ταλάντωσης. Τα πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι ο κύριος παράγοντας που επηρεάζει τη γεωμετρία της συγκόλλησης είναι το πλάτος ταλάντωσης, και όχι η αναλογία ισχύος πυρήνα-δακτυλίου. Ωστόσο, η κατανομή πόρων και ο μηχανισμός αναστολής της υπό την υπέρθεση ταλάντωσης και λέιζερ ARM δεν έχουν μελετηθεί. Σε αυτή την εργασία, υιοθετείται μια νέα τεχνολογία ταλαντούμενης συγκόλλησης με λέιζερ ARM για τη μείωση του πορώδους της συγκόλλησης, την επίτευξη υψηλότερου βάθους διείσδυσης και καλύτερης ποιότητας συγκόλλησης. Πραγματοποιείται μια ολοκληρωμένη μελέτη σχετικά με την κατανομή ενέργειας λέιζερ, τη δυναμική συμπεριφορά της λιωμένης δεξαμενής και τη μικροδομή υπό διαφορετικές συχνότητες και πλάτη ταλάντωσης.

3. Πειραματικοί στόχοι και διαδικασίες

Για τη συγκόλληση κραμάτων αλουμινίου χρησιμοποιήθηκε τεχνολογία κυκλικής ταλαντούμενης συγκόλλησης με λέιζερ. Το βασικό υλικό (BM) ήταν κράμα αλουμινίου 5083-O με διαστάσεις 300mm × 100mm × 5mm (μήκος × πλάτος × πάχος) και η χημική του σύνθεση φαίνεται στον πίνακα. Πριν από τη συγκόλληση, τα δείγματα γυαλίστηκαν για να αφαιρεθεί η επιφανειακή μεμβράνη οξειδίου και στη συνέχεια καθαρίστηκαν με ακετόνη σε λουτρό υπερήχων για 15 λεπτά για να αφαιρεθεί το επιφανειακό λάδι.σύστημα συγκόλλησης με λέιζερΑποτελείται κυρίως από ένα ρομπότ Kuka, ένα δισκοειδές λέιζερ TruDisk 8001 και έναν σαρωτή γαλβανόμετρου 3D PFO. Το δισκοειδές λέιζερ TruDisk 8001 χρησιμοποιήθηκε ως ρυθμιζόμενη πηγή λέιζερ δακτυλίου, με αναλογία πυρήνα/ίνας δακτυλίου 100/400 μm και μέγιστη ισχύ εξόδου 8 kW (μήκος κύματος 1030 nm, παράμετρος ποιότητας δέσμης 4,0 mm·rad). Η δέσμη λέιζερ αποτελείται από ένα τμήμα πυρήνα και ένα τμήμα δακτυλίου, όπου το λέιζερ στο κεντρικό τμήμα πυρήνα παράγει μια οπή κλειδαριάς (60% της ενέργειας λέιζερ) και το λέιζερ στο τμήμα δακτυλίου εξασφαλίζει καλή κατανομή θερμοκρασίας (40% της ενέργειας λέιζερ), όπως φαίνεται στο Σχήμα (β). Τα εστιακά μήκη του κατευθυντήρα και του φακού εστίασης είναι 138 mm και 450 mm, αντίστοιχα. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συγκόλλησης, χρησιμοποιήθηκαν μια κάμερα υψηλής ταχύτητας Phantom V1840 και μια πηγή φωτός υψηλής συχνότητας Cavilux για την παρακολούθηση της διαδικασίας συγκόλλησης σε πραγματικό χρόνο, με ταχύτητα λήψης 5000 fps και χρόνο έκθεσης 1 μs. Σε αυτή τη μελέτη, η τροχιά ταλάντωσης της κυκλικής δέσμης, η διαδρομή κίνησης του λέιζερ και η στιγμιαία ταχύτητα ορίζονται όπως φαίνεται στο σχήμα.

4 Αποτελέσματα και Συζήτηση

4.1 Χαρακτηριστικά Μορφολογίας Συγκόλλησης Οι μορφολογίες της επιφάνειας συγκόλλησης υπό διαφορετικές λειτουργίες ταλάντωσης λέιζερ φαίνονται στο σχήμα. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η επιφάνεια συγκόλλησης της συμβατικής ευθείας συγκόλλησης είναι τραχιά (τραχύτητα 78,01 μm), με κακή συνέχεια των κυματισμών συγκόλλησης και ανεπαρκή εξάπλωση συγκόλλησης. Παρατηρήθηκαν επίσης ανεπαρκής σχηματισμός συγκόλλησης, σοβαρά πιτσιλίσματα και υποσκαφή. Με την αύξηση του πλάτους και της συχνότητας ταλάντωσης, η επιφάνεια συγκόλλησης παρουσιάζει πυκνά και ομοιόμορφα λέπια ψαριού. Η τραχύτητα της επιφάνειας των συγκολλήσεων με πλάτη ταλάντωσης 0,5 mm, 1 mm και 2 mm είναι 80,71 μm, 49,63 μm και 31,12 μm, αντίστοιχα. Δεν υπάρχουν ανωμαλίες ή προεξοχές που προκαλούνται από πιτσιλίσματα. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι μια υψηλότερη συχνότητα ταλάντωσης οδηγεί σε πιο ομαλή ροή λιωμένης λίμνης, ισχυρότερη ανάδευση της δέσμης λέιζερ και μια πιο ιδανική επιφάνεια συγκόλλησης. Βασικά, το σχήμα της συγκόλλησης λέιζερ σχετίζεται αιτιωδώς με την κίνηση της δέσμης λέιζερ. Κατά τη συγκόλληση, οι αλλαγές στο πλάτος και τη συχνότητα ταλάντωσης μεταβάλλουν την ταχύτητα συγκόλλησης, επηρεάζοντας έτσι τη γραμμική πυκνότητα ενέργειας και τη συνολική θερμική είσοδο του λέιζερ. Η μορφολογία της διατομής της συγκόλλησης έχει σχήμα "κυπέλλου", που αποτελείται από δύο μέρη: το κάτω μέρος είναι το "στέλεχος" και το άνω μέρος είναι το "μπολ". Το βάθος διείσδυσης και το "στέλεχος" ορίζονται ως H1 και H2, αντίστοιχα, και τα πλάτη της συγκόλλησης ("μπολ") και του "στελέχους" ορίζονται ως W1 και W2, αντίστοιχα. Και τα δύο πλάτη συγκόλλησης W1 και W2 αυξάνονται ταυτόχρονα με την αύξηση του πλάτους ταλάντωσης και η μορφολογία συγκόλλησης μετασχηματίζεται σταδιακά από σχήμα "κυπέλλου" σε σχήμα "ημισέληνου". Η μέγιστη πυκνότητα ενέργειας λέιζερ εμφανίζεται στην επικάλυψη τροχιάς. Συγκρίνοντας τα Σχήματα (β, δ) και (γ, ε), μπορεί να φανεί ότι η αύξηση της συχνότητας σάρωσης θα αυξήσει την περιοχή επικάλυψης τροχιάς κατά μήκος της διαδρομής σάρωσης, καθιστώντας την κατανομή ενέργειας λέιζερ πιο ομοιόμορφη. Ωστόσο, η μείωση της μέγιστης πυκνότητας ενέργειας θα οδηγήσει σε μείωση του βάθους συγκόλλησης.

4.2 Συμπεριφορά Λιμνούλας Τετηγμένου Υλικού Για να διευκρινιστεί η επίδραση της διαδρομής σάρωσης στη συμπεριφορά της λιωμένης λίμνης, χρησιμοποιήθηκε ένα σύστημα κάμερας υψηλής ταχύτητας για την παρατήρηση της διαδικασίας εξέλιξης της λιωμένης λίμνης και της κλειδαρότρυπας. Το Σχήμα (α) δείχνει τη διαδικασία εξέλιξης της λιωμένης λίμνης υπό μια ευθύγραμμη διαδρομή. Τα Σχήματα (bf) είναι τα διαγράμματα εξέλιξης της λιωμένης λίμνης υπό διαφορετικές παραμέτρους ταλάντωσης. Με την αύξηση της συχνότητας και του πλάτους ταλάντωσης, το πίσω μέρος της λιωμένης λίμνης γίνεται πιο στρογγυλεμένο λόγω της διαστολής του πλάτους της λιωμένης λίμνης. Καθώς το μήκος της λιωμένης λίμνης αυξάνεται, η επιφανειακή διακύμανση που προκαλείται από την έκρηξη της κλειδαρότρυπας μειώνεται κατά την αντίστροφη διάδοση. Επομένως, το λιωμένο υγρό μέταλλο στερεοποιείται ομαλά και κανονικά στο πίσω άκρο της λιωμένης λίμνης, σχηματίζοντας ομοιόμορφα και πυκνά λέπια ψαριού συγκόλλησης. Το σχήμα δείχνει την αλλαγή της περιοχής ανοίγματος της κλειδαρότρυπας κατά τη συγκόλληση με λέιζερ, η οποία προέρχεται από τις εικόνες φωτογραφίας υψηλής ταχύτητας της λιωμένης λίμνης. Όπως φαίνεται στο Σχήμα (α), κατά τη συγκόλληση με ευθύγραμμη γραμμή, το μέγεθος του ανοίγματος της κλειδαρότρυπας παρουσιάζει εμφανείς διακυμάνσεις. Παρατηρήθηκαν αρκετές περιπτώσεις κλεισίματος κλειδαρότρυπας (0 mm²), με μέση επιφάνεια ανοίγματος κλειδαρότρυπας 0,47 mm². Η αύξηση του πλάτους ταλάντωσης μπορεί επίσης να μειώσει τις διακυμάνσεις και να βελτιώσει τη σταθερότητα. Αυτό συμβαίνει επειδή στην ταλαντούμενη συγκόλληση, ένα μεγαλύτερο ποσοστό ενέργειας κατανέμεται και στις δύο πλευρές. Επομένως, η έξοδος στην κλειδαρότρυπα διαστέλλεται και το πλάτος ταλάντωσης αυξάνεται, αυξάνοντας έτσι την περιοχή ανοίγματος. Η αύξηση του πλάτους διευρύνει το εύρος ανάδευσης της δέσμης λέιζερ, οδηγώντας στην επέκταση της ακτίνας της περιοδικής κίνησης της κλειδαρότρυπας. Λόγω του ιξώδους του τηγμένου μετάλλου και της υδροδυναμικής πίεσης που δρα κοντά στο τοίχωμα της κλειδαρότρυπας, η κίνηση δινορρευμάτων συμβαίνει στη συγκολλητική δεξαμενή τηγμένου υλικού κοντά στο άνοιγμα της κλειδαρότρυπας. Η επέκταση της περιοχής ανοίγματος της κλειδαρότρυπας ενισχύει τη σταθερότητά της, αποφεύγει τον σχηματισμό φυσαλίδων και έτσι αναστέλλει σημαντικά το πορώδες.

4.3 Μικροδομή Το σχήμα δείχνει τη μορφολογία EBSD της διατομής συγκόλλησης υπό διαφορετικές συχνότητες και πλάτη ταλάντωσης. Κοντά στη γραμμή σύντηξης της συγκόλλησης με λέιζερ, οι στηλικοί κόκκοι δενδριτών αναπτύσσονται προς το κέντρο της συγκόλλησης. Όπως φαίνεται στο Σχήμα (α), μεταξύ των περιοχών "λεκάνης" και "στελέχους", παρατηρούνται εμφανείς διαφορές στην κατανομή των στηλικών κόκκων. Οι στηλικοί κόκκοι κατανέμονται σε σχήμα U κατά μήκος του τοιχώματος της "λεκάνης", ενώ στην περιοχή "στελέχους", οι στηλικοί κόκκοι κατανέμονται σε σχήμα U κατά μήκος της γραμμής σύντηξης. Κατά τη στερεοποίηση της συγκόλλησης, οι μερικώς στερεοποιημένοι κόκκοι στη ζώνη σύντηξης λειτουργούν ως θέσεις πυρήνωσης για το μέτωπο στερεοποίησης και αναπτύσσονται κατά προτίμηση κάθετα προς τα όρια της λιωμένης δεξαμενής κατά μήκος της κατεύθυνσης της μέγιστης θερμοκρασιακής κλίσης. Αυτό το φαινόμενο συμβαίνει επειδή η υψηλή πυκνότητα ισχύος του λέιζερ οδηγεί σε υπερθέρμανση μέσα στη δεξαμενή συγκόλλησης. Η υψηλότερη θερμική κλίση G και ο μέτριος ρυθμός ανάπτυξης R καθιστούν την αναλογία G/R μεγαλύτερη από το όριο για τον μετασχηματισμό της μικροδομής, με αποτέλεσμα τον σχηματισμό στηλικών κόκκων. Η θερμοκρασιακή κλίση G στο κέντρο της συγκόλλησης μειώνεται, με αποτέλεσμα ο λόγος G/R να πέσει σταδιακά κάτω από το όριο μετασχηματισμού μικροδομής, μεταβαίνοντας σε ισοαξονικούς κόκκους. Οι ισοαξονικοί κόκκοι βρίσκονται στα κεντρικά μέρη τόσο του "μπολ" όσο και του "στελέχους". Δεδομένου ότι το "στέλεχος" της συγκόλλησης είναι στενό και κοντά στο υλικό βάσης, στερεοποιείται πλήρως πριν από την περιοχή του "μπολ" κατά την ψύξη. Το στερεοποιημένο τμήμα του "στελέχους" λειτουργεί ως σημείο πυρήνωσης στον πυθμένα του "μπολ", προωθώντας την ανοδική ανάπτυξη των στηλοειδών κόκκων. Το σχήμα δείχνει τις ευθείες και ταλαντευόμενες διαδικασίες συγκόλλησης. Δείχνεται ότι η συνεχής αλλαγή της θέσης της δέσμης λέιζερ στη συγκόλληση με ταλάντωση λέιζερ θα αυξήσει το μήκος της ενδιάμεσης τηγμένης δεξαμενής, λιώνοντας ξανά το ήδη στερεοποιημένο μέταλλο, με αποτέλεσμα τη μείωση του ρυθμού ανάπτυξης των κόκκων r. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε μείωση του G/R στην κάτω ισοαξονική ζώνη κόκκων.

4.4 Κατανομή Πορώδους Χρησιμοποιήθηκε τρισδιάστατη τομογραφία ακτίνων Χ για τη διεξαγωγή μιας ολοκληρωμένης επιθεώρησης της συγκόλλησης, λαμβάνοντας την τρισδιάστατη κατανομή των πόρων στη συγκόλληση, όπως φαίνεται στο σχήμα. Το πορώδες υπολογίζεται ως ο συνολικός όγκος των πόρων διαιρούμενος με τον συνολικό όγκο της συγκόλλησης. Συγκρίνοντας τη μορφολογία και την κατανομή των πόρων των ευθείας γραμμής ταλαντούμενων συγκολλήσεων με λέιζερ και των κυκλικών ταλαντούμενων συγκολλήσεων με λέιζερ, διαπιστώθηκε ότι οι ευθείας γραμμής ταλαντούμενες συγκολλήσεις με λέιζερ περιέχουν περισσότερους πόρους μεγάλου όγκου, με πορώδες 2,49%, το οποίο είναι σημαντικά υψηλότερο από αυτό των κυκλικών συγκολλήσεων.συγκολλήσεις με ταλάντωση λέιζερΣυγκρίνοντας τα Σχήματα (β, γ) και (δ, ε), φαίνεται ότι η αύξηση της συχνότητας ταλάντωσης βοηθά στην αναστολή του σχηματισμού πόρων. Συγκρίνοντας τα Σχήματα (β, δ) και (γ, ε), φαίνεται ότι η αύξηση του πλάτους ταλάντωσης παίζει επίσης σημαντικό ρόλο στην αναστολή του σχηματισμού πόρων. Όταν το πλάτος ταλάντωσης αυξάνεται περαιτέρω στα 2 mm (Σχήμα (στ)), το πορώδες μειώνεται περαιτέρω στο 0,22%, αφήνοντας μόνο μικρού όγκου και μικρούς πόρους. Το σχήμα απεικονίζει την κατανομή της επιφάνειας των πόρων σε διαφορετικές αποστάσεις από την κεντρική γραμμή της συγκόλλησης, αντιπροσωπεύοντας το πορώδες με βάση το μέγεθος της επιφάνειας των πόρων. Για ευθεία συγκόλληση, η επιφάνεια των πόρων κατανέμεται συμμετρικά κατά μήκος της κεντρικής γραμμής της συγκόλλησης και μειώνεται σταδιακά με την αύξηση της απόστασης από την κεντρική γραμμή της συγκόλλησης. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι οι πόροι που προκαλούνται από κλειδαρότρυπες συγκεντρώνονται κυρίως πίσω από το έλασμα της λιωμένης δεξαμενής στην κεντρική γραμμή της συγκόλλησης. Για συγκόλληση με ταλάντωση λέιζερ, η συμμετρία της κατανομής των πόρων γίνεται ασθενέστερη. Το σχήμα δείχνει την περιοχή των πόρων σε διαφορετικές αποστάσεις από την επιφάνεια συγκόλλησης, όπου η κόκκινη γραμμή αντιπροσωπεύει το όριο μεταξύ των περιοχών "λεκάνης" και "στελέχους". Στην περίπτωση των κυρίαρχων μεγάλων πόρων (Σχήματα (ac)), η περιοχή των πόρων πάνω από το όριο αντιπροσωπεύει περισσότερο από 85%. Αυτό συμβαίνει επειδή η μετάβαση στο μακρύ όριο του περιγράμματος είναι πιο πιθανό να παγιδεύσει φυσαλίδες στη λίμνη συγκόλλησης και οι παγιδευμένες φυσαλίδες τείνουν να μεταναστεύουν προς τα πάνω υπό την επίδραση της άνωσης. Στην περίπτωση των κυρίαρχων μικρών πόρων (Σχήματα (df)), οι πόροι συγκεντρώνονται στην περιοχή εντός 0,5 mm κάτω από τη γραμμή ορίου. Ο σύντομος χρόνος ψύξης και η μικρή μετατόπιση προς τα πάνω μπορεί να είναι οι λόγοι για αυτό το φαινόμενο.

5 Συμπεράσματα

(1) Διαφορετικές λειτουργίες ταλάντωσης λέιζερ έχουν εμφανείς επιπτώσεις στην επιφάνεια συγκόλλησης. Το υψηλότερο πλάτος και συχνότητα μπορούν να βελτιώσουν την ποιότητα της επιφάνειας, ενώ οι υπερβολικά μεγάλες παράμετροι ταλάντωσης μπορεί να αυξήσουν την τραχύτητα και να προκαλέσουν κοίλα ελαττώματα.

(2) Το σχήμα της συγκόλλησης καθορίζεται κυρίως από τις παραμέτρους ταλάντωσης λέιζερ, οι οποίες επηρεάζουν την ταχύτητα συγκόλλησης, την κατανομή ενέργειας και τη συνολική εισερχόμενη θερμότητα. Με την αύξηση του πλάτους ταλάντωσης, η μορφολογία της συγκόλλησης αλλάζει από «κυπελλοειδή» σε «ημισέληνο» και ο λόγος διαστάσεων μειώνεται.

(3) Με την αύξηση του πλάτους και της συχνότητας ταλάντωσης, η λιωμένη δεξαμενή γίνεται φαρδύτερη και το πίσω μέρος στρογγυλεύεται. Το φαινόμενο ταλάντωσης αυξάνει το μήκος της λιωμένης δεξαμενής, κάτι που είναι ευεργετικό για τη διαφυγή φυσαλίδων και την ομοιόμορφη στερεοποίηση. Κατά τη συγκόλληση με ευθεία γραμμή, η περιοχή ανοίγματος κλειδαρότρυπας κυμαίνεται. Μιλώντας σχετικά, αυτή η διακύμανση μπορεί να μειωθεί, βελτιώνοντας τη σταθερότητα της συγκόλλησης.

(4) Η αύξηση του πλάτους και της συχνότητας ταλάντωσης μειώνει τόσο τη θερμική κλίση όσο και τον ρυθμό ανάπτυξης, κάτι που είναι ευεργετικό για τον σχηματισμό μεγάλων μεγεθών κόκκων. Ωστόσο, η επίδραση ανάδευσης με λέιζερ ευνοεί τη βελτίωση του μεγέθους των κόκκων και τη βελτίωση της αντοχής της υφής. Υπό διαφορετικές παραμέτρους λέιζερ, η σκληρότητα της συγκόλλησης παραμένει σχετικά σταθερή, ελαφρώς χαμηλότερη από αυτή του βασικού υλικού, κάτι που μπορεί να οφείλεται στην απώλεια μαγνησίου λόγω εξάτμισης.

(5) Η τρισδιάστατη τομογραφία ακτίνων Χ δείχνει ότι η ευθεία συγκόλληση έχει υψηλότερο πορώδες (2,49%) και μεγαλύτερο όγκο πόρων από την ταλαντούμενη συγκόλληση. Η αύξηση των παραμέτρων ταλάντωσης μπορεί να μειώσει σημαντικά το πορώδες, φτάνοντας ακόμη και το 0,22% όταν το πλάτος είναι 2 mm. Η κατανομή της επιφάνειας των πόρων μετατοπίζεται με την ταλάντωση: οι μεγάλοι πόροι συσσωματώνονται πίσω από τη λιωμένη δεξαμενή και οι μικροί πόροι έχουν καλύτερη συμμετρία. Οι μεγάλοι πόροι κατανέμονται κυρίως πάνω από το όριο μεταξύ των περιοχών "μπολ" και "στελέχους", ενώ οι μικροί πόροι συγκεντρώνονται κάτω από το όριο.