లేజర్ వెల్డింగ్‌లో ఘనీభవన పగుళ్ల ఏర్పడే విధానం మరియు నివారణ చర్యలు

లేజర్ బీమ్ వెల్డింగ్దాని అధిక వేగం, అధిక కచ్చితత్వం మరియు స్పర్శరహిత లక్షణాల కారణంగా, ఇది ఆటోమొబైల్స్, ఏరోస్పేస్ మరియు ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలు వంటి రంగాలలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది, ముఖ్యంగా విభిన్న పదార్థాలను కలపడంలో విశిష్టమైన ప్రయోజనాలను చూపుతుంది. అయితే, వెల్డింగ్ ప్రక్రియలో ఏర్పడే ఘనీభవన పగుళ్లు (సాలిడిఫికేషన్ క్రాకింగ్) దాని పారిశ్రామిక అనువర్తనాన్ని పరిమితం చేసే కీలక లోపాలలో ఒకటి. ఈ పగుళ్లు సాధారణంగా ఘనీభవనం చివరిలో ఫ్యూజన్ జోన్ (ఫ్యూజన్ జోన్)లో సంభవిస్తాయి. ఉష్ణ ఒత్తిడి, ఘనీభవన సంకోచం మరియు గ్రెయిన్ సరిహద్దులపై ద్రవ పొర యొక్క సంయుక్త ప్రభావాల వల్ల ఇవి ప్రేరేపించబడి, జాయింట్ యొక్క యాంత్రిక లక్షణాలను మరియు ఫెటీగ్ లైఫ్‌ను గణనీయంగా తగ్గిస్తాయి.

1. నిర్మాణ విధానం

ఘనీభవన పగుళ్ల యొక్క ప్రధాన యంత్రాంగం, ఘనీభవనం చివరిలో గ్రెయిన్ సరిహద్దుల వద్ద మిగిలి ఉన్న ద్రవ పొరలో ఉంటుంది. ఘనీభవన ప్రక్రియలో, కరిగిన పదార్థం మూడు మండలాలుగా విభజించబడుతుంది: స్వేచ్ఛా ద్రవ మండలం, పరిమిత ద్రవ మండలం మరియు ఘన మండలం, ఇది పటం 1లో చూపబడింది. పరిమిత ద్రవ మండలంలో, ద్రవ ప్రవాహం నిరోధించబడుతుంది మరియు ఘనీభవన సంకోచం వల్ల ఏర్పడిన ఒత్తిడిని భర్తీ చేయలేదు, దీని ఫలితంగా గ్రెయిన్ సరిహద్దులు వేరుపడతాయి. గ్రెయిన్ సరిహద్దు శక్తి (γgb) మరియు ఘన-ద్రవ అంతర్ముఖ శక్తి (γsl) ల నిష్పత్తి ద్రవ పొర యొక్క స్థిరత్వాన్ని నిర్ణయిస్తుంది: ఒకవేళ γgb < 2γsl అయితే, ద్రవ పొర అస్థిరంగా ఉంటుంది మరియు గ్రెయిన్ సంలీనం జరుగుతుంది; దీనికి విరుద్ధంగా, ద్రవ పొర స్థిరంగా ఉంటుంది మరియు పగుళ్లు ఏర్పడటానికి ఎక్కువ అవకాశం ఉంటుంది.

అంతేకాకుండా, ఘనీభవన పగుళ్ల ఏర్పడటం అనేది పదార్థాల లోహశాస్త్ర లక్షణాలకు కూడా సంబంధం కలిగి ఉంటుంది. వివిధ పదార్థాలు ఘనీభవన ఉష్ణోగ్రత పరిధి, ఘనీభవన సంకోచ రేటు, మరియు మిశ్రమలోహ మూలకాల పంపిణీ మొదలైన విభిన్న ఘనీభవన లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి. ఈ లక్షణాలు పగుళ్ల సున్నితత్వాన్ని ప్రభావితం చేస్తాయి. ఉదాహరణకు, తక్కువ ద్రవీభవన స్థానం గల యూటెక్టిక్ దశలు అధిక మొత్తంలో ఉన్న పదార్థాలలో, ఘనీభవన పగుళ్ల సున్నితత్వం ఎక్కువగా ఉంటుంది, ఎందుకంటే ఈ యూటెక్టిక్ దశలు ఘనీభవనం సమయంలో నిరంతర ద్రవ పొరలను ఏర్పరచడానికి అవకాశం ఉంది, తద్వారా పగుళ్ల ఏర్పడటాన్ని తీవ్రతరం చేస్తాయి.

సమయంలోలేజర్ వెల్డింగ్ ప్రక్రియలేజర్ పవర్, వెల్డింగ్ వేగం మరియు స్పాట్ సైజ్ వంటి వెల్డింగ్ పారామీటర్లు కూడా ఘనీభవన పగుళ్ల ఏర్పడటంపై ప్రభావం చూపుతాయి. ఈ పారామీటర్లు వెల్డింగ్ ప్రక్రియ సమయంలో ఉష్ణ ప్రవేశాన్ని మరియు ఉష్ణోగ్రత ప్రవణతను ప్రభావితం చేస్తాయి, తద్వారా ఘనీభవన నిర్మాణం మరియు గ్రెయిన్ స్వరూపాన్ని మారుస్తాయి. ఉదాహరణకు, అధిక లేజర్ పవర్ మరియు తక్కువ వెల్డింగ్ వేగం అధిక ఉష్ణ ప్రవేశానికి మరియు నెమ్మదైన శీతలీకరణ రేటుకు దారితీస్తాయి, ఇది స్థూపాకార స్ఫటికాల పెరుగుదలను ప్రోత్సహించి, పగుళ్ల సున్నితత్వాన్ని పెంచుతుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, తక్కువ లేజర్ పవర్ మరియు అధిక వెల్డింగ్ వేగం తక్కువ ఉష్ణ ప్రవేశానికి మరియు వేగవంతమైన శీతలీకరణ రేటుకు దారితీస్తాయి, ఇది సమచతుర స్ఫటికాల ఏర్పాటును సులభతరం చేసి, పగుళ్ల సున్నితత్వాన్ని తగ్గిస్తుంది.

2. అణచివేత చర్యలు

ఘనీభవన పగుళ్లను సమర్థవంతంగా అణచివేయడానికిలేజర్ వెల్డింగ్పరిశోధకులు వివిధ వ్యూహాలను ప్రతిపాదించారు, ఇవి ప్రధానంగా గ్రెయిన్ నిర్మాణాన్ని నియంత్రించడం, వెల్డింగ్ పారామితులను ఆప్టిమైజ్ చేయడం మరియు పదార్థ లక్షణాలను మెరుగుపరచడంపై దృష్టి పెడతాయి. గ్రెయిన్ నిర్మాణాన్ని శుద్ధి చేయడం ద్వారా, గ్రెయిన్ సరిహద్దుల సంఖ్యను పెంచవచ్చు మరియు ఒత్తిడి సాంద్రతను తగ్గించవచ్చు, తద్వారా పగుళ్లు ఏర్పడటాన్ని తగ్గించవచ్చు. లేజర్ బీమ్ ఆసిలేషన్ టెక్నాలజీని ఉపయోగించడం ద్వారా, ఇతర పదార్థాలను జోడించకుండానే కాలమ్నార్ క్రిస్టల్స్‌ను సూక్ష్మ ఈక్వియాక్సెడ్ క్రిస్టల్స్‌గా మార్చవచ్చని అధ్యయనాలు చూపించాయి. లేజర్ బీమ్ ఆసిలేషన్, లేజర్ శక్తిని విక్షేపం చేసి, ద్రవ పూల్‌లో కల్లోలాన్ని సృష్టిస్తుంది, తద్వారా కాలమ్నార్ క్రిస్టల్స్ పెరుగుదల దిశను విచ్ఛిన్నం చేసి, ఈక్వియాక్సెడ్ క్రిస్టల్స్ ఏర్పడటాన్ని ప్రోత్సహిస్తుంది, ఇది పటం 3లో చూపబడింది. అదనంగా, లేజర్ బీమ్ ఆసిలేషన్ ద్రవ పూల్ వెడల్పును పెంచగలదు, ఉష్ణోగ్రత ప్రవణతను తగ్గించగలదు మరియు ద్రవ పూల్ యొక్క ఘనీభవన సమయాన్ని పొడిగించగలదు, ఇది ద్రావణాల వ్యాప్తికి మరియు ద్రవ పొరల పునఃపూరణకు అనుకూలంగా ఉంటుంది, తద్వారా ఘనీభవన పగుళ్ల సున్నితత్వాన్ని గణనీయంగా తగ్గిస్తుంది.

వివిధ పూల్ ఆకారాల కింద గ్రెయిన్ బౌండరీ ద్రవ పొరల పంపిణీ.

వెల్డింగ్ కరిగిన పూల్ యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం, a, b) కంపనం లేకుండా, c, d) పార్శ్వ కంపనం, e, f) రేఖాంశ కంపనం, g, h) పరిధీయ కంపనం.

అదనంగాలేజర్ పుంజంఘనీభవన పగుళ్లను అణచివేయడానికి, ద్వంద్వ లేజర్ మూలాలను ఉపయోగించే ఆసిలేషన్ టెక్నాలజీ కూడా ఒక ప్రభావవంతమైన పద్ధతి. ద్వంద్వ లేజర్ మూలాలు ఉష్ణ చక్రాన్ని ఆప్టిమైజ్ చేయడం ద్వారా స్థూపాకార స్ఫటికాల నుండి సమచతుర స్ఫటికాలుగా పరివర్తనను సాధించగలవు, తద్వారా గింజ పరిమాణం మరియు స్ట్రెయిన్ సాంద్రతను తగ్గిస్తాయి. ఉదాహరణకు, CO₂ లేజర్‌ను ప్రధాన ఉష్ణ మూలంగా మరియు Nd:YAG పల్స్డ్ లేజర్‌ను సహాయక ఉష్ణ మూలంగా ఉపయోగించినప్పుడు, వెల్డింగ్ సమయంలో ఒక ఆప్టిమైజ్డ్ ఉష్ణ చక్రాన్ని ఏర్పరచవచ్చు, ఇది సమచతుర స్ఫటికాల ఏర్పాటును ప్రోత్సహిస్తుంది మరియు ఘనీభవన పగుళ్ల సున్నితత్వాన్ని తగ్గిస్తుంది, ఇది పటం 4లో చూపబడింది.

ఘనీభవన పగుళ్లను అణచివేయడానికి వెల్డింగ్ పారామితులను ఆప్టిమైజ్ చేయడం కూడా ఒక ముఖ్యమైన మార్గం. లేజర్ పవర్, వెల్డింగ్ వేగం మరియు స్పాట్ సైజ్ వంటి పారామితులను సర్దుబాటు చేయడం ద్వారా, వెల్డింగ్ ప్రక్రియ సమయంలో ఉష్ణ ప్రవేశాన్ని మరియు ఉష్ణోగ్రత ప్రవణతను నియంత్రించవచ్చు, తద్వారా ఘనీభవన నిర్మాణం మరియు గ్రెయిన్ స్వరూపాన్ని ప్రభావితం చేయవచ్చు. ప్రీహీటింగ్ ట్రీట్‌మెంట్ శీతలీకరణ రేటును తగ్గించగలదని, సమచతుర స్ఫటికాల ఏర్పాటును ప్రోత్సహించగలదని, తద్వారా ఘనీభవన పగుళ్ల సున్నితత్వాన్ని తగ్గించగలదని అధ్యయనాలు చూపించాయి, ఇది పటం 5లో చూపబడింది. అదనంగా, పల్స్డ్ లేజర్ వెల్డింగ్ ఉపయోగించడం మరియు వెల్డింగ్ వేగాన్ని పెంచడం వంటి పద్ధతులు కూడా ఉష్ణ ప్రవేశం మరియు శీతలీకరణ రేటును మార్చడం ద్వారా స్తంభాకార స్ఫటికాల నుండి సమచతుర స్ఫటికాలుగా పరివర్తనను సాధించగలవు, తద్వారా పగుళ్ల సున్నితత్వాన్ని తగ్గిస్తాయి.

పటం 5. ఎ) వేడి చేయని, బి) 300°C వద్ద ముందుగా వేడి చేసిన సమచతుర రేణువులు.

లేజర్‌లతో భిన్నజాతి పదార్థాలను వెల్డింగ్ చేసేటప్పుడు, ఆ పదార్థాల మధ్య భౌతిక మరియు రసాయన ధర్మాలలో గణనీయమైన తేడాలు ఉండటం వలన, పెళుసుగా ఉండే ఇంటర్‌మెటాలిక్ సమ్మేళనాలు ఏర్పడే అవకాశం ఉంటుంది. ఇవి ఘనీభవన పగుళ్లకు ప్రధాన కారణాలలో ఒకటి. అందువల్ల, ఇంటర్‌మెటాలిక్ సమ్మేళనాల ఏర్పాటును లేదా పరిమాణాన్ని తగ్గించడానికి లేజర్ పారామితులను మరియు సెట్టింగ్‌లను సర్దుబాటు చేయడం కూడా ఘనీభవన పగుళ్లను నివారించడానికి ఒక ముఖ్యమైన వ్యూహం. ఉదాహరణకు, రాగి-అల్యూమినియం వంటి భిన్నజాతి పదార్థాల లేజర్ వెల్డింగ్‌లో, లేజర్ కిరణం యొక్క ఆఫ్‌సెట్‌ను మరియు వెల్డింగ్ వేగాన్ని నియంత్రించడం ద్వారా, కరిగిన పూల్‌లో రాగి మరియు అల్యూమినియంల మిశ్రమానుపాతాన్ని తగ్గించవచ్చు. తద్వారా, పెళుసుగా ఉండే ఇంటర్‌మెటాలిక్ సమ్మేళనాల ఏర్పాటును తగ్గించి, పగుళ్ల సున్నితత్వాన్ని తగ్గించవచ్చు. అదనంగా, ఫిల్లర్ పదార్థాలను ఉపయోగించడం ద్వారా కూడా వెల్డింగ్ జాయింట్ యొక్క పనితీరును మెరుగుపరచవచ్చు మరియు పగుళ్ల ఏర్పాటును తగ్గించవచ్చు. ఫిల్లర్ పదార్థాలు వెల్డింగ్ జాయింట్ యొక్క కూర్పును మరియు సూక్ష్మ నిర్మాణాన్ని మార్చడం ద్వారా ఇంటర్‌మెటాలిక్ సమ్మేళనాల ఏర్పాటును తగ్గించి, వెల్డింగ్ జాయింట్ యొక్క దృఢత్వాన్ని మెరుగుపరుస్తాయి.

లేజర్ వెల్డింగ్ ప్రక్రియలలో ఘనీభవన పగుళ్లు అనేవి సాధారణ లోపాలలో ఒకటి. వాటి ఏర్పడే విధానం సంక్లిష్టమైనది మరియు ఉష్ణం, యాంత్రిక శాస్త్రం, మరియు లోహశాస్త్రం వంటి అనేక కారకాల పరస్పర చర్యను కలిగి ఉంటుంది. ఘనీభవన పగుళ్ల ఏర్పడే విధానాన్ని లోతుగా అధ్యయనం చేయడం ద్వారా, పగుళ్లను అణచివేయడానికి సైద్ధాంతిక ఆధారాన్ని అందించవచ్చు. ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, పరిశోధకులు ఘనీభవన పగుళ్లను అణచివేయడానికి వివిధ వ్యూహాలను ప్రతిపాదించారు, ఇవి ప్రధానంగా గ్రెయిన్ నిర్మాణాన్ని నియంత్రించడం, వెల్డింగ్ పారామితులను ఆప్టిమైజ్ చేయడం మరియు పదార్థ లక్షణాలను మెరుగుపరచడంపై దృష్టి పెడతాయి. ఈ వ్యూహాలు ఘనీభవన పగుళ్ల సున్నితత్వాన్ని ఒక నిర్దిష్ట స్థాయి వరకు సమర్థవంతంగా తగ్గించి, లేజర్ వెల్డింగ్ యొక్క నాణ్యత మరియు విశ్వసనీయతను మెరుగుపరుస్తాయని ఆచరణలో నిరూపించబడింది. అయినప్పటికీ, లేజర్ వెల్డింగ్ ప్రక్రియ యొక్క సంక్లిష్టత మరియు వైవిధ్యం కారణంగా, ప్రస్తుత పరిశోధనలో ఇంకా కొన్ని లోపాలు ఉన్నాయి. ఉదాహరణకు, వివిధ పదార్థాలు మరియు వెల్డింగ్ పరిస్థితులలో ఘనీభవన పగుళ్ల నిరోధక విధానాలపై మరింత లోతైన పరిశోధన ఇంకా అవసరం.