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用X射線電影仔細檢查激光金屬相互作用過程

發布:laserpulse    |    2019-06-28 00:30    閱讀:195
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美國研究人員發現了微觀制造缺陷,并提出了改善焊接和處理的途徑。

密蘇里州S&T助理教授陳連義博士在他的實驗室。

在基于激光的金屬部件制造中發生的微觀缺陷如果未被發現則會導致嚴重的問題。修復這些缺陷的過程會增加高科技制造的時間和成本。但是現在,對這些缺陷原因的新研究可能會提出解決方案。密蘇里州S&T,伊利諾伊州Lemont的Argonne國家實驗室和猶他州鹽湖城的研究人員創造了一種高速X射線電影,其中包括一種稱為激光濺射的制造現象。

激光濺射是指在基于激光的制造工藝(例如激光焊接和激光添加制造)期間從由高功率激光加熱的池中噴射熔融金屬。這種激光制造技術用于制造航空航天和汽車工業、醫療保健和建筑部件。研究人員在物理評論雜志上描述了他們的發現。利用X射線成像,研究人員捕捉到鈦合金Ti-6Al-4V在制造過程中的濺射行為。微觀電影揭示了一種新的激光濺射機制 - 研究人員在他們的論文中稱,在金屬的一個區域中形成的舌狀突起的大量爆炸,標題為“激光加工過程中的大塊爆炸引起的金屬飛濺”。

因此,解釋了這一觀察結果,“我們將這種大爆炸現象歸因于通道突出部內的大的熱波動。從表面上看,它具有定義明確的爆炸(又稱爆炸沸騰)和蒸汽爆炸(又稱蒸汽爆炸和燃料冷卻劑相互作用)過程的一些關鍵特征。“密蘇里科技大學機械與航空航天工程助理教授陳文義博士和該論文的相應作者之一評論說:“新發現的機制將指導減少焊縫和附加制造零件缺陷形成的方法的發展。”

Chen與Argonne的Tao Sun博士團隊和猶他州的Wenda Tan博士團隊合作進行了研究。該小組通過在Argonne使用高能同步加速器X射線以及圖像分析和數值模擬來創建圖像。“硬X射線的高穿透力和成像技術的高分辨率使我們有史以來第一次將表面上方的飛濺行為與鈦表面下方的動力學聯系起來,”陳說。與Chen一起研究的是QilinGuo博士,是密蘇里科技大學機械工程專業的學生。

激光 - 金屬相互作用:

關于飛濺

濺射一直是涉及高功率激光器的金屬加工中的問題,例如激光焊接,機加工以及最近的增材制造。傳統上,對該問題的理解受到原位診斷技術能力的限制,通常用可見光或實驗室X射線源成像,因此在該發展之前,尚未實現對激光濺射現象的全面理解。物理評論X論文得出結論:“我們在高功率激光加工過程中發現了一種新的金屬飛濺機制:在前鎖孔壁上形成的突出突起的大量爆炸驅動鎖孔邊緣周圍的熔體韌帶和隨后的飛濺。使用MHz單脈沖同步加速器X射線成像,以前所未有的細節捕獲涉及濺射活動的完整物理過程。“考慮到改善激光 - 金屬相互作用的可能途徑,本文得出結論:“毫不含糊地,當存在強烈的熔體流動和強烈蒸汽時,會發生飛濺。因此,減輕(如果不是消除)濺射的有效方法是抑制鑰匙孔周圍的熔體流動。實際上,這可以通過激光束輪廓和過程前饋控制系統的創新來實現。“

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