01
Haniaethol
Mae twngsten, oherwydd ei ymdoddbwynt uchel, dargludedd thermol da, a chadw hydrogen isel, yn ddeunydd delfrydol ar gyfer cydrannau plasma mewn adweithyddion ymasiad niwclear. Fodd bynnag, mae ei freuder cynhenid a'i dymheredd pontio brau (DBTT) uchel yn ei gwneud yn agored iawn i gracio yn ystod prosesu laser. Mae hyn yn sylfaenol oherwydd y gyfradd oeri hynod o uchel a graddiant tymheredd sy'n arwain at straen thermol a gwanhau ffiniau grawn. Mae'r dulliau presennol o atal cracio yn cynnwys cynhesu swbstrad, aloi nanoronynnau, a laserau pylsiog, ond mae gan y dulliau hyn gyfyngiadau megis diraddio powdr, newidiadau cyfansoddiadol, neu fwy o fandylledd. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, defnyddiwyd siapio trawst laser (fel trawstiau cylch) i leihau dwysedd pŵer brig, gan drawsnewid weldio treiddiad dwfn yn weldio dargludol thermol, gan leihau graddiannau tymheredd a chyfraddau oeri yn effeithiol. Gall osciliad trawst laser droi y pwll tawdd, homogenize ymhellach mewnbwn gwres, a hyrwyddo ffurfio grawn equiaxed. Mae'r ddau ddull yn seiliedig ar reolaeth thermodynamig ac mae ganddynt fecanweithiau cyflenwol. Mae'r papur hwn yn cynnig eu cyfuno i gael twngsten pur y gellir ei weldio'n rhydd o holltau ailadroddadwy heb ei gynhesu ymlaen llaw na'i addasu. Mae effeithiau siâp trawst a pharamedrau osciliad ar graciau, y pwll tawdd, a microstrwythur yn cael eu hastudio'n systematig, gan ddarparu cyfeiriad ar gyfer gweithgynhyrchu ychwanegion dilynol.
02
Trosolwg
Cymharodd yr astudiaeth hon yn systematig effeithiau tri siâp pelydr laser-trawst Gaussian, dosbarthiad craidd cylch (RC 80/20), a thrawst annular-ar ymddygiad cracio welds pas sengl mewn platiau tenau twngsten pur o dan baramedrau osciliad gwahanol. Gan gyfuno efelychiad thermoffisegol, dadansoddiad microsgopeg optegol, a nodweddu EBSD, cynhaliwyd dadansoddiad aml-raddfa, o ystadegau crac macrosgopig a geometreg pwll tawdd i strwythur grawn microsgopig. Mae canlyniadau arbrofol yn dangos bod y trawst Gaussian, oherwydd ei bŵer brig rhy uchel, yn ffurfio pwll tawdd dwfn a chul yn hawdd (cymhareb dyfnder-i-cymhareb lled> 1), gan arwain at hollti difrifol, gyda chyfradd rhydd o hollt o 36%. Mewn cyferbyniad, mae'r trawstiau annular a RC 80/20, trwy leihau dwysedd pŵer brig, yn ehangu ac yn basach y pwll tawdd, gan leihau'n sylweddol y graddiant tymheredd a'r gyfradd oeri. Gall y trawst RC 80/20 yn unig gyflawni cyfradd rhydd o hollt o 80%. Gan adeiladu ar y sylfaen hon, roedd ychwanegu osciliad pelydr laser yn atal cracio ymhellach ym mhob math o drawst, gyda chymarebau agwedd yn gyffredinol yn gostwng o dan 1. Y cyfuniad o RC 80/20 ac osciliad a berfformiodd orau, gan gyflawni cyfradd rhydd o 91% ar draws 55 set o baramedrau. Ar ben hynny, arweiniodd at ffurfio crisialau hafalaidd mwy o fewn y pwll tawdd, gan gyfateb yn agos â'r gostyngiad cyfradd oeri efelychiedig o hyd at 45%. Datgelodd dadansoddiad ystadegol terfynol mai siâp trawst, pŵer laser, a chyflymder sganio oedd y paramedrau mwyaf arwyddocaol sy'n effeithio ar gychwyn crac, tra nad oedd amlder osciliad ac osgled yn cael unrhyw effaith sylweddol o fewn cwmpas yr astudiaeth hon. Mae hyn yn dangos y gall y strategaeth gyfunol o siapio trawst ac osciliad gyflawni weldio rhydd o holltau twngsten heb unrhyw gynhesu nac addasu defnydd.
03
Dadansoddiad Graffig
Mae'r data yng nghornel chwith uchaf Ffigur 1 yn dangos, o dan yr un diamedr sbot (202 μm) ac amodau'r broses, bod graddiant tymheredd G y trawst RC 80/20 yn sylweddol is na thrawst Gaussian, tra bod y gyfradd twf R ychydig yn uwch. Mae'r allwedd yn gorwedd yn y canlyniadau cyfrifo cyfradd oeri yn y gornel dde uchaf-mae cyfradd oeri y trawst RC 80/20 yn cael ei ostwng tua 40% o'i gymharu â'r trawst Gaussian gyda'r un diamedr sbot, a'i ostwng ymhellach gan tua 45% ar gyfer y trawst annular. Mae'r adran groes-pwll tawdd efelychiadol isod hefyd yn adlewyrchu hyn yn weledol: mae pwll tawdd y trawst siâp yn lletach ac yn fwy bas. Mae'r data hwn yn egluro'n uniongyrchol pam y gall siapio trawst leihau craciau a achosir gan straen thermol yn effeithiol, gan ddarparu cefnogaeth gref ar gyfer arbrofion dilynol o safbwynt thermodynamig.
Mae Ffigur 2 yn cyfateb i drawst Gaussian. Heb osciliad, mae crac hydredol yn treiddio i'r weldiad cyfan. Fodd bynnag, gydag ychwanegu osciliad, hyd yn oed ar ddwysedd ynni llinell tebyg, mae'r crac yn diflannu'n llwyr. Mae Ffigur 3 yn cyfateb i drawst RC 80/20. Heb osciliad, mae hollt yn dal i fodoli ar ddwysedd ynni llinell uchel. Gydag ychwanegu oscillation, mae'r crac yn cael ei ddileu yn llwyr. Mae hyn yn dangos yn llawn, waeth beth fo siâp y trawst, y gall osciliad atal craciau yn effeithiol. Y mecanwaith yw bod osciliad y trawst yn troi'r pwll tawdd, gan wneud y mewnbwn gwres yn fwy unffurf. Mae'r pwll tawdd cul a dwfn gwreiddiol wedi'i ehangu'n sylweddol, ac mae'r gymhareb dyfnder i-yn disgyn yn is na 1. Mae'r modd weldio yn newid o weldio treiddiad dwfn i weldio dargludiad gwres, gan ryddhau straen thermol.
Mae Ffigur 4 yn mesur effaith y strategaeth brosesu ar y lefel ficrostrwythurol. Mae'r ochr chwith yn dangos mai dim ond 10.2 μm yw maint grawn cyfartalog y trawst Gaussian (93 μm); mae defnyddio RC 80/20 yn unig (202 μm) yn ei gynyddu i 14.3 μm; a phan gyfunir RC 80/20 ag oscillation, mae'r grawn yn brashau ymhellach, sy'n cyfateb yn berffaith i ganlyniad efelychu gostyngiad o 45% yn y gyfradd oeri. Mae'r data cymhareb agwedd ar y dde yn dangos bod grawn y cyfuniad siapio ac oscillation yn agosach at equiaxed (cymhareb yn agos at 1), tra bod grawn y trawst Gaussian yn amlwg yn golofnog (cymhareb yn fwy). Mae cyfran uwch a mwy o grawn hafal yn golygu bod priodweddau mecanyddol y deunydd yn fwy isotropig, ac mae ei wrthwynebiad i luosogi craciau yn gryfach, gan esbonio pam mae craciau'n cael eu hatal yn effeithiol ar y lefel ficrostrwythurol.
04
Crynodeb
Mae'r astudiaeth hon yn cadarnhau y gall strategaeth gyfunol o siapio pelydr laser ac osciliad gyflawni weldio rhydd o graciau o twngsten pur heb gynhesu ymlaen llaw nac addasu deunydd. Ymhlith y paramedrau a brofwyd, rhoddodd y trawst craidd cylch RC 80/20 ynghyd ag osciliad y canlyniadau gorau, gan gyflawni cyfradd rhydd o grac o 91%, sy'n sylweddol uwch na'r 36% o'r trawst Gaussian. Mae'r cyfuniad hwn i bob pwrpas yn atal craciau trwy leihau dwysedd pŵer brig a throi'r pwll tawdd, trawsnewid y modd weldio yn wres -cynnal weldio, lleihau'r gyfradd oeri hyd at 45%, a hyrwyddo ffurfio crisialau hafaledig mwy. Siâp trawst, pŵer laser, a chyflymder sganio yw'r paramedrau allweddol sy'n dylanwadu, tra nad yw amlder osciliad ac osgled yn cael fawr o effaith. Mae angen i ymchwil yn y dyfodol wirio ymhellach gymhwysedd y strategaeth hon mewn lamineiddiad amlhaenog, aml-pas ac mewn gweithgynhyrchu PBF-LB/M gwirioneddol.
