Lazer Şüası QaynaqYüksək sürəti, yüksək dəqiqliyi və təmassız xüsusiyyətləri ilə avtomobillər, aerokosmik və elektron cihazlar kimi sahələrdə geniş tətbiq olunur, xüsusən də fərqli materialların birləşməsində unikal üstünlüklər göstərir. Bununla belə, qaynaq prosesi zamanı yaranan bərkimə çatları (Bərkimə Çatlaması) onun sənaye tətbiqini məhdudlaşdıran əsas qüsurlardan biridir. Bu çatlar adətən bərkimənin sonunda ərimə zonasında (Ərimə Zonası) yaranır və istilik gərginliyinin, bərkimə büzülməsinin və maye təbəqənin dənə sərhədlərinə birləşmiş təsirləri nəticəsində yaranır və birləşmənin mexaniki xüsusiyyətlərini və yorğunluq ömrünü əhəmiyyətli dərəcədə azaldır.
1. Formalaşma mexanizmi
Bərkimə çatlarının əsas mexanizmi bərkimənin sonunda dənə sərhədlərində qalıq maye təbəqəsindədir. Bərkimə prosesi zamanı ərimiş hovuz üç zonaya bölünür: sərbəst maye zonası, məhdud maye zonası və Şəkil 1-də göstərildiyi kimi bərk zona. Məhdud maye zonasında maye axını bloklanır və bərkimə büzülməsi nəticəsində yaranan gərginliyi kompensasiya edə bilmir və nəticədə dənə sərhədinin ayrılması baş verir. Dənə sərhəd enerjisinin (γgb) bərk-maye sərhəd enerjisinə (γsl) nisbəti maye təbəqəsinin sabitliyini müəyyən edir: əgər γgb < 2γsl olarsa, maye təbəqəsi qeyri-sabitdir və dənələrin birləşməsi baş verir; əksinə, maye təbəqəsi sabitdir və çatların yaranmasına meyllidir.
Bundan əlavə, bərkimə çatlarının əmələ gəlməsi materialların metallurgiya xüsusiyyətləri ilə də əlaqədardır. Müxtəlif materiallar bərkimə temperatur diapazonu, bərkimə büzülmə sürəti və ərinti elementlərinin paylanması və s. kimi fərqli bərkimə xüsusiyyətlərinə malikdir. Bu xüsusiyyətlər çatların həssaslığına təsir göstərir. Məsələn, çox miqdarda aşağı ərimə nöqtəsinə malik evtektik fazalar ehtiva edən materiallarda bərkimə çatlarının həssaslığı daha yüksəkdir, çünki bu evtektik fazalar bərkimə zamanı davamlı maye təbəqələr əmələ gətirməyə meyllidir və bununla da çatların əmələ gəlməsini gücləndirir.
Ərzindəlazer qaynaq prosesi, lazer gücü, qaynaq sürəti və ləkə ölçüsü kimi qaynaq parametrləri də bərkimə çatlarının əmələ gəlməsinə təsir göstərir. Bu parametrlər qaynaq prosesi zamanı istilik girişinə və temperatur qradiyentinə təsir göstərir və bununla da bərkimə strukturunu və dənəcik morfologiyasını dəyişdirir. Məsələn, daha yüksək lazer gücü və daha aşağı qaynaq sürəti daha çox istilik girişinə və daha yavaş soyutma sürətinə səbəb olur ki, bu da sütunlu kristalların böyüməsini təşviq edir və çat həssaslığını artırır. Əksinə, daha aşağı lazer gücü və daha yüksək qaynaq sürəti daha az istilik girişinə və daha sürətli soyutma sürətinə səbəb olur, bərabər oxlu kristalların əmələ gəlməsini asanlaşdırır və çat həssaslığını azaldır.
2. Yaxalama tədbirləri
Bərkimə çatlarını effektiv şəkildə basdırmaq üçünlazer qaynağı, tədqiqatçılar əsasən dənə strukturunun idarə olunmasına, qaynaq parametrlərinin optimallaşdırılmasına və material xüsusiyyətlərinin yaxşılaşdırılmasına yönəlmiş müxtəlif strategiyalar təklif ediblər. Dənə strukturunu təkmilləşdirməklə dənə sərhədlərinin sayını artırmaq və gərginlik konsentrasiyasının konsentrasiyasını azaltmaq olar və bununla da çatların əmələ gəlməsini azaltmaq olar. Tədqiqatlar göstərir ki, lazer şüası rəqsi texnologiyasından istifadə etməklə sütunlu kristallar digər materiallar əlavə etmədən incə bərabəroxlu kristallara çevrilə bilər. Lazer şüası rəqsi lazer enerjisini dağıda bilər, ərimiş hovuzda turbulentlik yarada bilər və bununla da sütunlu kristalların böyümə istiqamətini poza bilər və Şəkil 3-də göstərildiyi kimi bərabəroxlu kristalların əmələ gəlməsini təşviq edə bilər. Bundan əlavə, lazer şüası rəqsi həmçinin ərimiş hovuzun enini artıra, temperatur qradiyentini azalda və ərimiş hovuzun bərkimə müddətini uzada bilər ki, bu da həll olan maddələrin yayılmasına və maye təbəqələrin doldurulmasına kömək edir və bununla da bərkimə çatlarının həssaslığını əhəmiyyətli dərəcədə azaldır.
Müxtəlif hovuz formaları altında dənə sərhəd maye filmlərinin paylanması.
Qaynaq əridilmiş hovuzunun sxematik diaqramı, a, b) rəqssiz, c, d) yan rəqs, e, f) uzununa rəqs, g, h) dairəvi rəqs.
Bundan əlavəlazer şüasıİkiqat lazer mənbələrindən istifadə edərək salınım texnologiyası bərkimə çatlarını basdırmaq üçün də təsirli üsullardan biridir. İkiqat lazer mənbələri istilik dövrünü optimallaşdırmaqla sütunlu kristallardan bərabəroxlu kristallara çevrilməyə nail ola bilər və bununla da dənə ölçüsünü və deformasiya konsentrasiyasını azaldır. Məsələn, əsas istilik mənbəyi kimi CO₂ lazerindən və köməkçi istilik mənbəyi kimi Nd:YAG impulslu lazerindən istifadə edildikdə, Şəkil 4-də göstərildiyi kimi, qaynaq zamanı optimallaşdırılmış istilik dövrü yarana bilər ki, bu da bərabəroxlu kristalların əmələ gəlməsini təşviq edir və bərkimə çatlarının həssaslığını azaldır.
Qaynaq parametrlərinin optimallaşdırılması da bərkimə çatlarının qarşısını almaq üçün vacib bir vasitədir. Lazer gücü, qaynaq sürəti və ləkə ölçüsü kimi parametrləri tənzimləməklə, qaynaq prosesi zamanı istilik girişi və temperatur qradiyenti idarə oluna bilər və bununla da bərkimə strukturuna və dənə morfologiyasına təsir göstərə bilər. Tədqiqatlar göstərir ki, əvvəlcədən qızdırma müalicəsi soyutma sürətini azalda, bərabəroxlu kristalların əmələ gəlməsini təşviq edə və bununla da Şəkil 5-də göstərildiyi kimi bərkimə çatlarının həssaslığını azalda bilər. Bundan əlavə, impulslu lazer qaynağından istifadə və qaynaq sürətinin artırılması kimi üsullar da istilik girişini və soyutma sürətini dəyişdirməklə sütunlu kristallardan bərabəroxlu kristallara çevrilməyə nail ola bilər və bununla da çatların həssaslığını azaldır.
Şəkil 5. a) Qızdırılmamış, b) 300°C əvvəlcədən qızdırılmış bərabəroxlu dənəciklər.
Müxtəlif materialları lazerlə qaynaq edərkən, materiallar arasındakı fiziki və kimyəvi xüsusiyyətlərdəki əhəmiyyətli fərqlərə görə, kövrək intermetallik birləşmələr əmələ gəlməyə meyllidir ki, bu da bərkimə çatlarının əsas səbəblərindən biridir. Buna görə də, intermetallik birləşmələrin əmələ gəlməsini və ya miqdarını azaltmaq üçün lazer parametrlərini və parametrlərini tənzimləmək də bərkimə çatlarının qarşısını almaq üçün vacib bir strategiyadır. Məsələn, mis-alüminium fərqli materialların lazerlə qaynağında lazer şüasının yerdəyişməsini və qaynaq sürətini idarə etməklə, əridilmiş hovuzda mis və alüminiumun qarışdırma nisbəti azaldıla bilər və bununla da kövrək intermetallik birləşmələrin əmələ gəlməsini azalda və çatların həssaslığını azalda bilər. Bundan əlavə, doldurucu materiallardan istifadə qaynaqlanmış birləşmənin işini də yaxşılaşdıra və çatların əmələ gəlməsini azalda bilər. Doldurucu materiallar qaynaqlanmış birləşmənin tərkibini və mikrostrukturunu dəyişdirərək intermetallik birləşmələrin əmələ gəlməsini azalda və qaynaqlanmış birləşmənin möhkəmliyini artıra bilər.
Bərkimə çatları lazer qaynaq proseslərində ən çox rast gəlinən qüsurlardan biridir. Onların əmələ gəlmə mexanizmi mürəkkəbdir və istilik, mexanika və metallurgiya kimi bir çox amillərin qarşılıqlı təsirini əhatə edir. Bərkimə çatlarının əmələ gəlmə mexanizmini dərindən öyrənməklə çatların basdırılması üçün nəzəri əsas təmin edilə bilər. Son illərdə tədqiqatçılar bərkimə çatlarının basdırılması üçün müxtəlif strategiyalar təklif ediblər ki, bunlar əsasən dənəvər strukturunun idarə olunmasına, qaynaq parametrlərinin optimallaşdırılmasına və material xüsusiyyətlərinin yaxşılaşdırılmasına yönəlib. Təcrübə sübut edib ki, bu strategiyalar bərkimə çatlarının həssaslığını müəyyən dərəcədə effektiv şəkildə azalda və lazer qaynağının keyfiyyətini və etibarlılığını artıra bilər. Lakin, lazer qaynaq prosesinin mürəkkəbliyi və müxtəlifliyinə görə, mövcud tədqiqatlarda hələ də bəzi çatışmazlıqlar mövcuddur. Məsələn, müxtəlif materiallar və qaynaq şəraitində bərkimə çatlarının inhibə mexanizmləri üçün daha dərin tədqiqatlara ehtiyac var.
Yazı vaxtı: 20 Mart 2025
