01
Cyflwyniad Papur
Mae cerameg zirconia wedi'i sefydlogi Yttria (YSZ) yn cael ei ddefnyddio'n helaeth mewn meysydd peirianneg-fel haenau rhwystr thermol a biofeddygaeth-oherwydd eu pwynt toddi uchel, eu caledwch eithriadol, a'u gallu i wrthsefyll cyrydiad yn rhagorol. Mae technegau uno cerameg traddodiadol (ee, bresyddu a bondio tryledu) fel arfer yn gofyn am roi triniaeth thermol hirfaith i'r cydosod cyfan o fewn ffwrnais tymheredd uchel; gall y broses hon beryglu ymarferoldeb cydrannau electronig sydd wedi'u hamgáu'n fewnol, ac mae maint y samplau sy'n cael eu prosesu yn cael ei gyfyngu'n ddifrifol gan ddimensiynau'r siambr ffwrnais. O ganlyniad, mae angen dybryd i ddatblygu technegau uno cyflym, lleol a nodweddir gan fewnbwn thermol isel. Er bod weldio laser tra chyflym yn cynnig mantais amlwg mewnbwn thermol hynod o isel, mae weldio uniongyrchol cerameg YSZ yn arwain at ddyddodiad egni dwys iawn sy'n achosi abladiad deunydd difrifol. Mae'r abladiad hwn yn amlygu ei hun fel rhiciau miniog, trionglog, sy'n achosi crynodiadau straen sylweddol ac yn y pen draw yn arwain at gryfder cymalau sy'n sylweddol is na chryfder y deunydd rhiant.
02
**Testun Llawn Trosolwg**
Er mwyn mynd i'r afael â materion hollbwysig abladiad difrifol a chrynodiad straen, mae'r astudiaeth hon yn cynnig dull newydd ar gyfer weldio ymasiad cerameg YSZ gan ddefnyddio laser gwibgyswllt oscillaidd. Trwy reoli'r laser tra-gyflym i osgiliad ar hyd taflwybr penodol, mae'r dechneg hon yn ehangu'r ardal ryngweithio rhwng y laser a'r swbstrad, a thrwy hynny wasgaru dwysedd ynni laser yn y rhyngwyneb. Mae'r canlyniadau'n dangos, o'i gymharu â weldio uniongyrchol, bod weldio oscillaidd yn trawsnewid rhiciau abladiad miniog yn rhiciau llyfn, tebyg i fys ac yn achosi ffurfio strwythur grawn colofnog crwm o fewn y parth ymasiad, gan wella priodweddau mecanyddol yr uniad yn sylweddol. Ymhellach, i oresgyn y mater o ddyfnder treiddiad annigonol sy'n gysylltiedig â weldio unochrog, llwyddodd yr astudiaeth hon i roi techneg weldio osgiladu dwyochrog ar waith; cyflawnodd y dull hwn weldio trwch llawn yn rhydd o ddiffygion treiddiad anghyflawn, gan arwain at welliant sylweddol pellach yng nghryfder plygu pedwar pwynt yr uniad.
03
**Dadansoddiad Darluniadol**
Mae Ffigur 1 yn dangos egwyddorion proses weldio laser tra chyflym osgiliadol a'i effeithiau buddiol ar forffoleg macro- a micro-y cymalau canlyniadol. Yn ystod y broses weldio, mae'r sbesimen wedi'i leoli ar lwyfan symud tair echel (XYZ) a reolir gan gyfrifiadur; tra bod y pelydr laser yn croesi'n llinol ar hyd yr echelin Y, ar yr un pryd mae'n mynd trwy osgiliad ochrol ar hyd yr echelin X gan ddilyn tonffurf trionglog (Ffigs{{{{}}a ac 1b). Mae'r ailddosbarthiad hwn o egni trwy osgiliad yn trawsnewid y rhiciau abladiad trionglog, miniog-a gynhyrchir yn nodweddiadol yn ystod weldio uniongyrchol (nad yw'n - osgiladu) (Ffig. 1-c1){. 1-c1) i mewn i riciau llyfnach, tebyg i fys (Ffig{{-lliniaru), a thrwy hynny, i bob pwrpas, y safleoedd hyn yn lliniaru straen. O ran microstrwythur, mae gweithred gynhyrfus y laser oscillaidd ar y pwll tawdd yn achosi ffurfio strwythurau grawn colofnog crwm o fewn yr uniad, wedi'u gogwyddo'n gyfochrog â thaflwybr osciliad y laser (Ffig. 1e). Mae morffoleg hollt y parth ymasiad (Rhanbarth II) (Ffig. 1ch) yn datgelu ymhellach, o dan lwytho mecanyddol, fod y grawn colofnol tonnog, hirfaith hyn yn tueddu i dorri ar hyd eu ffiniau grawn a'u planau holltiad. Wrth i holltau ymledu ar hyd y ffiniau grawn crwm hyn, mae'n rhaid iddynt newid eu cyfeiriad yn gyson; mae hyn yn cynyddu'n sylweddol arwynebedd arwyneb y lledaeniad crac a'r egni sydd ei angen ar gyfer torri asgwrn, gan wella priodweddau mecanyddol yr uniad yn sylweddol.
Mae Ffigur 2 yn dangos yn gynhwysfawr y gwahaniaethau microstrwythurol rhwng uniadau a gynhyrchir trwy weldio laser gwibgyswllt osgiladu unochrog a dwy ochr, yn ogystal ag effaith y gwahaniaethau hyn ar gryfder plygu pedwar pwynt. Mae Ffigur 2a yn cyflwyno morffoleg trawstoriad a hollt uniad wedi'i weldio gan ddefnyddio'r dechneg osciliad unochrog ar bŵer laser o 900 mW a chyflymder weldio o 0.1 mm/s. Oherwydd bod y dechneg osciliad unochrog yn gwasgaru'r egni laser, mae'r dyfnder toddi yn cael ei leihau'n sylweddol; o ganlyniad, nid yw weldio trwch llawn yn cael ei gyflawni, gan adael rhanbarthau unigryw heb fondio o fewn yr uniad. O dan lwyth cymhwysol, mae'r rhanbarthau di-dreiddiad hyn yn sbarduno crynodiadau straen difrifol, gan gyfyngu ar unrhyw welliant pellach yn eiddo mecanyddol y cymal. Mae'r strategaeth weldio osciliad dwyochrog-a gyflwynwyd yn benodol i oresgyn y dagfa hon-wedi profi'n hynod effeithiol. Fel y dangosir yn Ffigur 2b, o dan baramedrau prosesu union yr un fath, llwyddodd y dechneg weldio dwyochrog i sicrhau cyfuniad cyflawn o'r cyd, gan ddileu'r crynodiadau straen a achosir gan ranbarthau heb eu bondio yn effeithiol a chynyddu'n sylweddol arwynebedd bondio effeithiol y cymal. Mae'r gymhariaeth eiddo mecanyddol a gyflwynir yn Ffigur 2c yn darparu cadarnhad gweledol o'r cynnydd sylweddol mewn cryfder sy'n deillio o'r gwelliannau morffolegol hyn. Ar gyfer weldio un ochr, cyrhaeddwyd y cryfder uchaf o 53.9 MPa ar gyflymder weldio o 0.05 mm/s; i'r gwrthwyneb, wrth ddefnyddio'r dechneg weldio dwy ochr, cyflawnwyd cryfder plygu uchaf o 56.2 MPa ar gyflymder o 0.10 mm/s, sef gwelliant o 102.2% o gymharu â weldio uniongyrchol. Mae hyn yn dangos yn derfynol fanteision weldio osgiladu dwyochrog{-o ran dileu diffygion mewnol a gwella perfformiad mecanyddol cyffredinol uniadau ceramig.
