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用X射线电影仔细检查激光金属相互作用过程

发布:laserpulse    |    2019-06-28 00:30    阅读:232
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美国研究人员发现了微观制造缺陷,并提出了改善焊接和处理的途径。

密苏里州S&T助理教授陈连义博士在他的实验室。

在基于激光的金属部件制造中发生的微观缺陷如果未被发现则会导致严重的问题。修复这些缺陷的过程会增加高科技制造的时间和成本。但是现在,对这些缺陷原因的新研究可能会提出解决方案。密苏里州S&T,伊利诺伊州Lemont的Argonne国家实验室和犹他州盐湖城的研究人员创造了一种高速X射线电影,其中包括一种称为激光溅射的制造现象。

激光溅射是指在基于激光的制造工艺(例如激光焊接和激光添加制造)期间从由高功率激光加热的池中喷射熔融金属。这种激光制造技术用于制造航空航天和汽车工业、医疗保健和建筑部件。研究人员在物理评论杂志上描述了他们的发现。利用X射线成像,研究人员捕捉到钛合金Ti-6Al-4V在制造过程中的溅射行为。微观电影揭示了一种新的激光溅射机制 - 研究人员在他们的论文中称,在金属的一个区域中形成的舌状突起的大量爆炸,标题为“激光加工过程中的大块爆炸引起的金属飞溅”。

因此,解释了这一观察结果,“我们将这种大爆炸现象归因于通道突出部内的大的热波动。从表面上看,它具有定义明确的爆炸(又称爆炸沸腾)和蒸汽爆炸(又称蒸汽爆炸和燃料冷却剂相互作用)过程的一些关键特征。“密苏里科技大学机械与航空航天工程助理教授陈文义博士和该论文的相应作者之一评论说:“新发现的机制将指导减少焊缝和附加制造零件缺陷形成的方法的发展。”

Chen与Argonne的Tao Sun博士团队和犹他州的Wenda Tan博士团队合作进行了研究。该小组通过在Argonne使用高能同步加速器X射线以及图像分析和数值模拟来创建图像。“硬X射线的高穿透力和成像技术的高分辨率使我们有史以来第一次将表面上方的飞溅行为与钛表面下方的动力学联系起来,”陈说。与Chen一起研究的是QilinGuo博士,是密苏里科技大学机械工程专业的学生。

激光 - 金属相互作用:

关于飞溅

溅射一直是涉及高功率激光器的金属加工中的问题,例如激光焊接,机加工以及最近的增材制造。传统上,对该问题的理解受到原位诊断技术能力的限制,通常用可见光或实验室X射线源成像,因此在该发展之前,尚未实现对激光溅射现象的全面理解。物理评论X论文得出结论:“我们在高功率激光加工过程中发现了一种新的金属飞溅机制:在前锁孔壁上形成的突出突起的大量爆炸驱动锁孔边缘周围的熔体韧带和随后的飞溅。使用MHz单脉冲同步加速器X射线成像,以前所未有的细节捕获涉及溅射活动的完整物理过程。“考虑到改善激光 - 金属相互作用的可能途径,本文得出结论:“毫不含糊地,当存在强烈的熔体流动和强烈蒸汽时,会发生飞溅。因此,减轻(如果不是消除)溅射的有效方法是抑制钥匙孔周围的熔体流动。实际上,这可以通过激光束轮廓和过程前馈控制系统的创新来实现。“

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