Saldim me rreze lazeri, me shpejtësinë e tij të lartë, saktësinë e lartë dhe karakteristikat pa kontakt, zbatohet gjerësisht në fusha të tilla si automobilat, hapësira ajrore dhe pajisjet elektronike, duke treguar veçanërisht avantazhe unike në lidhjen e materialeve të ndryshme. Megjithatë, çarjet e ngurtësimit (Cracking Solidification) të gjeneruara gjatë procesit të saldimit janë një nga defektet kryesore që kufizojnë zbatimin e tij industrial. Këto çarje zakonisht ndodhin në fund të ngurtësimit në zonën e bashkimit (Fusion Zone), të shkaktuara nga efektet e kombinuara të stresit termik, tkurrjes së ngurtësimit dhe filmit të lëngshëm në kufijtë e kokrrizave, duke zvogëluar ndjeshëm vetitë mekanike dhe jetëgjatësinë e lodhjes së bashkimit.
1. Mekanizmi i formimit
Mekanizmi kryesor i çarjeve të ngurtësimit qëndron në filmin e lëngshëm të mbetur në kufijtë e kokrrizave në fund të ngurtësimit. Gjatë procesit të ngurtësimit, pellgu i shkrirë ndahet në tre zona: zona e lëngut të lirë, zona e lëngut të kufizuar dhe zona e ngurtë, siç tregohet në Figurën 1. Në zonën e lëngut të kufizuar, rrjedha e lëngut bllokohet dhe nuk mund të kompensojë tendosjen e gjeneruar nga tkurrja e ngurtësimit, duke rezultuar në ndarjen e kufirit të kokrrizave. Raporti i energjisë së kufirit të kokrrizave (γgb) me energjinë e ndërfaqes së ngurtë-lëng (γsl) përcakton stabilitetin e filmit të lëngshëm: nëse γgb < 2γsl, filmi i lëngshëm është i paqëndrueshëm dhe ndodh bashkimi i kokrrizave; anasjelltas, filmi i lëngshëm është i qëndrueshëm dhe fillimi i çarjeve është i prirur të ndodhë.
Për më tepër, formimi i çarjeve të ngurtësimit lidhet edhe me vetitë metalurgjike të materialeve. Materiale të ndryshme kanë karakteristika të dallueshme ngurtësimi, të tilla si diapazoni i temperaturës së ngurtësimit, shkalla e tkurrjes së ngurtësimit dhe shpërndarja e elementëve të aliazhit, etj. Këto karakteristika ndikojnë në ndjeshmërinë e çarjeve. Për shembull, në materialet që përmbajnë një sasi të madhe fazash eutektike me pikë shkrirjeje të ulët, ndjeshmëria e çarjeve të ngurtësimit është më e lartë sepse këto faza eutektike janë të prirura të formojnë filma të lëngshëm të vazhdueshëm gjatë ngurtësimit, duke intensifikuar kështu formimin e çarjeve.
Gjatëprocesi i saldimit me lazer, parametrat e saldimit si fuqia e lazerit, shpejtësia e saldimit dhe madhësia e pikës gjithashtu kanë një ndikim në formimin e çarjeve të ngurtësimit. Këta parametra ndikojnë në hyrjen e nxehtësisë dhe gradientin e temperaturës gjatë procesit të saldimit, duke ndryshuar kështu strukturën e ngurtësimit dhe morfologjinë e kokrrizave. Për shembull, fuqia më e lartë e lazerit dhe shpejtësia më e ulët e saldimit rezultojnë në hyrje më të madhe të nxehtësisë dhe shkallë më të ngadaltë ftohjeje, gjë që nxit rritjen e kristaleve kolone dhe rrit ndjeshmërinë ndaj çarjeve. Anasjelltas, fuqia më e ulët e lazerit dhe shpejtësia më e lartë e saldimit çojnë në hyrje më të vogël të nxehtësisë dhe shkallë më të shpejtë ftohjeje, duke lehtësuar formimin e kristaleve të barabarta dhe duke zvogëluar ndjeshmërinë ndaj çarjeve.
2. Masat e shtypjes
Për të shtypur në mënyrë efektive çarjet e ngurtësimit nësaldim me lazer, studiuesit kanë propozuar strategji të ndryshme, të cilat përqendrohen kryesisht në kontrollin e strukturës së kokrrizave, optimizimin e parametrave të saldimit dhe përmirësimin e vetive të materialit. Duke rafinuar strukturën e kokrrizave, numri i kufijve të kokrrizave mund të rritet dhe përqendrimi i stresit mund të zvogëlohet, duke zvogëluar kështu formimin e çarjeve. Studimet kanë treguar se duke përdorur teknologjinë e lëkundjes së rrezes lazer, kristalet kolone mund të transformohen në kristale të imëta me boshte të barabarta pa shtuar materiale të tjera. Lëkundjet e rrezes lazer mund të shpërndajnë energjinë e lazerit, duke shkaktuar që pellgu i shkrirë të gjenerojë turbulencë, duke thyer kështu drejtimin e rritjes së kristaleve kolone dhe duke nxitur formimin e kristaleve me boshte të barabarta, siç tregohet në Figurën 3. Përveç kësaj, lëkundjet e rrezes lazer mund të rrisin gjithashtu gjerësinë e pellgut të shkrirë, të zvogëlojnë gradientin e temperaturës dhe të zgjasin kohën e ngurtësimit të pellgut të shkrirë, gjë që është e favorshme për përhapjen e tretësirave dhe rimbushjen e filmave të lëngshëm, duke zvogëluar kështu ndjeshëm ndjeshmërinë e çarjeve të ngurtësimit.
Shpërndarja e filmave të lëngshëm kufitarë të kokrrizave nën forma të ndryshme të pellgjeve.
Diagrami skematik i pishinës së shkrirë të salduar, a, b) pa lëkundje, c, d) lëkundje anësore, e, f) lëkundje gjatësore, g, h) lëkundje perimetrale.
Përveçrreze lazeriTeknologjia e lëkundjes, duke përdorur burime të dyfishta lazeri, është gjithashtu një nga metodat efektive për të shtypur çarjet e ngurtësimit. Burimet e dyfishta lazeri mund të arrijnë transformimin nga kristalet kolonare në kristale të barabarta duke optimizuar ciklin termik, duke zvogëluar kështu madhësinë e kokrrizave dhe përqendrimin e tendosjes. Për shembull, kur përdoret lazeri CO₂ si burimi kryesor i nxehtësisë dhe lazeri i pulsuar Nd:YAG si burim ndihmës i nxehtësisë, një cikël termik i optimizuar mund të formohet gjatë saldimit, duke nxitur formimin e kristaleve të barabarta dhe duke zvogëluar ndjeshmërinë e çarjeve të ngurtësimit, siç tregohet në Figurën 4.
Optimizimi i parametrave të saldimit është gjithashtu një mjet i rëndësishëm për të shtypur çarjet e ngurtësimit. Duke rregulluar parametra të tillë si fuqia e lazerit, shpejtësia e saldimit dhe madhësia e pikës, hyrja e nxehtësisë dhe gradienti i temperaturës gjatë procesit të saldimit mund të kontrollohen, duke ndikuar kështu në strukturën e ngurtësimit dhe morfologjinë e kokrrizave. Studimet kanë treguar se trajtimi me parangrohje mund të zvogëlojë shkallën e ftohjes, të nxisë formimin e kristaleve të barabarta dhe në këtë mënyrë të zvogëlojë ndjeshmërinë e çarjeve të ngurtësimit, siç tregohet në Figurën 5. Përveç kësaj, metoda të tilla si përdorimi i saldimit me lazer të pulsuar dhe rritja e shpejtësisë së saldimit mund të arrijnë gjithashtu transformimin nga kristalet kolonare në kristale të barabarta duke ndryshuar hyrjen e nxehtësisë dhe shkallën e ftohjes, duke zvogëluar kështu ndjeshmërinë e çarjeve.
Figura 5. a) Të pa ngrohura, b) Kokrra të barazuara të parangrohura në 300°C.
Kur saldohen materiale të ndryshme me lazer, për shkak të ndryshimeve të konsiderueshme në vetitë fizike dhe kimike midis materialeve, komponimet ndërmetalike të brishta janë të prirura të formohen, të cilat janë një nga shkaqet kryesore të çarjeve të ngurtësimit. Prandaj, rregullimi i parametrave dhe cilësimeve të lazerit për të zvogëluar formimin ose sasinë e komponimeve ndërmetalike është gjithashtu një strategji e rëndësishme për të shtypur çarjet e ngurtësimit. Për shembull, në saldimin me lazer të materialeve të ndryshme bakër-alumin, duke kontrolluar zhvendosjen e rrezes së lazerit dhe shpejtësinë e saldimit, raporti i përzierjes së bakrit dhe aluminit në pellgun e shkrirë mund të zvogëlohet, duke zvogëluar kështu formimin e komponimeve ndërmetalike të brishta dhe duke zvogëluar ndjeshmërinë e çarjeve. Përveç kësaj, përdorimi i materialeve mbushëse mund të përmirësojë gjithashtu performancën e bashkimit të salduar dhe të zvogëlojë formimin e çarjeve. Materialet mbushëse mund të zvogëlojnë formimin e komponimeve ndërmetalike duke ndryshuar përbërjen dhe mikrostrukturën e bashkimit të salduar dhe duke përmirësuar fortësinë e bashkimit të salduar.
Çarjet e ngurtësimit janë një nga defektet e zakonshme në proceset e saldimit me lazer. Mekanizmi i formimit të tyre është kompleks dhe përfshin bashkëveprimin e faktorëve të shumtë si nxehtësia, mekanika dhe metalurgjia. Duke studiuar thellë mekanizmin e formimit të çarjeve të ngurtësimit, mund të sigurohet baza teorike për shtypjen e çarjeve. Në vitet e fundit, studiuesit kanë propozuar strategji të ndryshme për të shtypur çarjet e ngurtësimit, të cilat përqendrohen kryesisht në kontrollin e strukturës së kokrrizave, optimizimin e parametrave të saldimit dhe përmirësimin e vetive të materialit. Praktika ka vërtetuar se këto strategji mund të zvogëlojnë në mënyrë efektive ndjeshmërinë e çarjeve të ngurtësimit në një farë mase dhe të përmirësojnë cilësinë dhe besueshmërinë e saldimit me lazer. Megjithatë, për shkak të kompleksitetit dhe diversitetit të procesit të saldimit me lazer, ende ka disa mangësi në kërkimin aktual. Për shembull, për mekanizmat e frenimit të çarjeve të ngurtësimit në materiale dhe kushte të ndryshme saldimi, nevojiten ende kërkime të mëtejshme të thelluara.
Koha e postimit: 20 Mars 2025
