லேசர் பற்றவைப்பில் திடமாதல் விரிசல்களின் உருவாக்க வழிமுறை மற்றும் அடக்குதல் நடவடிக்கைகள்

லேசர் கற்றை பற்றவைப்புஅதன் அதிவேகம், உயர் துல்லியம் மற்றும் தொடுதலற்ற பண்புகளால், இது தானியங்கி வாகனங்கள், விண்வெளி மற்றும் மின்னணு சாதனங்கள் போன்ற துறைகளில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது, குறிப்பாக ஒத்த தன்மையற்ற பொருட்களை இணைப்பதில் தனித்துவமான நன்மைகளைக் காட்டுகிறது. இருப்பினும், பற்றவைப்புச் செயல்முறையின் போது உருவாகும் திண்மமாதல் விரிசல்கள் (Solidification Cracking), அதன் தொழில்துறைப் பயன்பாட்டைக் கட்டுப்படுத்தும் முக்கிய குறைபாடுகளில் ஒன்றாகும். இந்த விரிசல்கள் பொதுவாக உருகு மண்டலத்தில் (Fusion Zone) திண்மமாதலின் முடிவில் ஏற்படுகின்றன. வெப்ப அழுத்தம், திண்மமாதல் சுருக்கம் மற்றும் தானிய எல்லைகளில் உள்ள திரவப் படலம் ஆகியவற்றின் ஒருங்கிணைந்த விளைவுகளால் தூண்டப்பட்டு, இணைப்பின் இயந்திரப் பண்புகளையும் சோர்வு ஆயுளையும் கணிசமாகக் குறைக்கின்றன.

1. உருவாக்க வழிமுறை

திண்மமாதல் விரிசல்களின் மைய இயங்குமுறையானது, திண்மமாதலின் முடிவில் தானிய எல்லைகளில் எஞ்சியிருக்கும் திரவப் படலத்தில் அமைந்துள்ளது. திண்மமாதல் செயல்முறையின் போது, ​​உருகிய திரவக் குளம் படம் 1-இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, தடையற்ற திரவ மண்டலம், கட்டுப்படுத்தப்பட்ட திரவ மண்டலம் மற்றும் திண்ம மண்டலம் என மூன்று மண்டலங்களாகப் பிரிக்கப்படுகிறது. கட்டுப்படுத்தப்பட்ட திரவ மண்டலத்தில், திரவ ஓட்டம் தடுக்கப்பட்டு, திண்மமாதல் சுருக்கத்தால் உருவாகும் திரிபை ஈடுசெய்ய இயலாததால், தானிய எல்லைப் பிரிதல் ஏற்படுகிறது. தானிய எல்லை ஆற்றலுக்கும் (γgb) திண்ம-திரவ இடைமுக ஆற்றலுக்கும் (γsl) உள்ள விகிதமே திரவப் படலத்தின் நிலைத்தன்மையை நிர்ணயிக்கிறது: γgb < 2γsl எனில், திரவப் படலம் நிலையற்றதாகி தானியங்கள் ஒன்றிணைதல் நிகழ்கிறது; இதற்கு மாறாக, திரவப் படலம் நிலையானதாக இருந்து விரிசல் தொடங்குவதற்கு வாய்ப்புள்ளது.

மேலும், திண்மமாதல் விரிசல்களின் உருவாக்கம், பொருட்களின் உலோகவியல் பண்புகளுடனும் தொடர்புடையது. வெவ்வேறு பொருட்கள், திண்மமாதல் வெப்பநிலை வரம்பு, திண்மமாதல் சுருக்க விகிதம், மற்றும் கலப்புலோகக் கூறுகளின் பரவல் போன்ற தனித்துவமான திண்மமாதல் பண்புகளைக் கொண்டுள்ளன. இந்தப் பண்புகள் விரிசல்களின் உணர்திறனைப் பாதிக்கின்றன. உதாரணமாக, குறைந்த உருகுநிலை கொண்ட யூடெக்டிக் கட்டங்களை அதிக அளவில் கொண்டிருக்கும் பொருட்களில், திண்மமாதல் விரிசல்களின் உணர்திறன் அதிகமாக உள்ளது. ஏனெனில், இந்த யூடெக்டிக் கட்டங்கள் திண்மமாதலின் போது தொடர்ச்சியான திரவப் படலங்களை உருவாக்கும் தன்மை கொண்டவை. இதன் மூலம், விரிசல்களின் உருவாக்கம் தீவிரமடைகிறது.

போதுலேசர் வெல்டிங் செயல்முறைலேசர் ஆற்றல், பற்றவைப்பு வேகம் மற்றும் புள்ளி அளவு போன்ற பற்றவைப்பு அளவுருக்களும் திண்மமாதல் விரிசல்கள் உருவாவதில் தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகின்றன. இந்த அளவுருக்கள் பற்றவைப்புச் செயல்முறையின் போது வெப்ப உள்ளீடு மற்றும் வெப்பநிலை சாய்வைப் பாதிக்கின்றன, அதன் மூலம் திண்மமாதல் அமைப்பு மற்றும் தானிய உருவவியலை மாற்றுகின்றன. உதாரணமாக, அதிக லேசர் ஆற்றல் மற்றும் குறைந்த பற்றவைப்பு வேகம் ஆகியவை அதிக வெப்ப உள்ளீடு மற்றும் மெதுவான குளிரூட்டும் விகிதத்திற்கு வழிவகுக்கின்றன, இது தூண் வடிவப் படிகங்களின் வளர்ச்சியை ஊக்குவித்து விரிசல் உணர்திறனை அதிகரிக்கிறது. இதற்கு நேர்மாறாக, குறைந்த லேசர் ஆற்றல் மற்றும் அதிக பற்றவைப்பு வேகம் ஆகியவை குறைந்த வெப்ப உள்ளீடு மற்றும் வேகமான குளிரூட்டும் விகிதத்திற்கு வழிவகுத்து, சம அச்சப் படிகங்கள் உருவாவதை எளிதாக்கி விரிசல் உணர்திறனைக் குறைக்கின்றன.

2. அடக்குமுறை நடவடிக்கைகள்

திடமாதல் விரிசல்களை திறம்பட அடக்குவதற்குலேசர் வெல்டிங்ஆராய்ச்சியாளர்கள் பல்வேறு உத்திகளை முன்மொழிந்துள்ளனர், அவை முக்கியமாக தானிய அமைப்பைக் கட்டுப்படுத்துதல், பற்றவைப்பு அளவுருக்களை மேம்படுத்துதல் மற்றும் பொருளின் பண்புகளை மேம்படுத்துதல் ஆகியவற்றில் கவனம் செலுத்துகின்றன. தானிய அமைப்பைச் செம்மைப்படுத்துவதன் மூலம், தானிய எல்லைகளின் எண்ணிக்கையை அதிகரிக்கலாம், மற்றும் அழுத்தச் செறிவைக் குறைக்கலாம், இதன் மூலம் விரிசல்கள் உருவாவதைக் குறைக்கலாம். லேசர் கற்றை அலைவுத் தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், வேறு எந்தப் பொருட்களையும் சேர்க்காமல், தூண் வடிவப் படிகங்களை நுண்ணிய சம அச்சப் படிகங்களாக மாற்ற முடியும் என்று ஆய்வுகள் காட்டுகின்றன. படம் 3-இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, லேசர் கற்றை அலைவானது லேசர் ஆற்றலைச் சிதறடித்து, உருகிய குளத்தில் கொந்தளிப்பை உருவாக்குகிறது, இதன் மூலம் தூண் வடிவப் படிகங்களின் வளர்ச்சித் திசையை உடைத்து, சம அச்சப் படிகங்கள் உருவாவதை ஊக்குவிக்கிறது. கூடுதலாக, லேசர் கற்றை அலைவானது உருகிய குளத்தின் அகலத்தை அதிகரிக்கவும், வெப்பநிலை சாய்வைக் குறைக்கவும், மற்றும் உருகிய குளத்தின் திடமாதல் நேரத்தை நீட்டிக்கவும் செய்கிறது, இது கரைபொருள்களின் பரவலுக்கும் திரவப் படலங்களின் நிரப்புதலுக்கும் உகந்தது, இதன் மூலம் திடமாதல் விரிசல்களின் உணர்திறனைக் கணிசமாகக் குறைக்கிறது.

வெவ்வேறு குள வடிவங்களின் கீழ் துகள் எல்லை திரவப் படலங்களின் பரவல்.

பற்றவைப்பு உருகிய குளத்தின் திட்ட வரைபடம், a, b) அலைவு இல்லாமல், c, d) பக்கவாட்டு அலைவு, e, f) நீளவாட்டு அலைவு, g, h) சுற்றளவு அலைவு.

கூடுதலாகலேசர் கற்றைஇரட்டை லேசர் மூலங்களைப் பயன்படுத்தும் அலைவுத் தொழில்நுட்பமும், திண்மமாதல் விரிசல்களை அடக்குவதற்கான பயனுள்ள முறைகளில் ஒன்றாகும். இரட்டை லேசர் மூலங்கள் வெப்பச் சுழற்சியை உகந்ததாக்குவதன் மூலம், தூண் வடிவப் படிகங்களைச் சம அச்சப் படிகங்களாக உருமாற்ற முடியும். இதன் மூலம், படிகத்துகள்களின் அளவும் திரிபுச் செறிவும் குறைக்கப்படுகின்றன. எடுத்துக்காட்டாக, CO₂ லேசரை முதன்மை வெப்ப மூலமாகவும், Nd:YAG துடிப்பு லேசரைத் துணை வெப்ப மூலமாகவும் பயன்படுத்தும்போது, ​​பற்றவைப்பின் போது ஒரு உகந்த வெப்பச் சுழற்சியை உருவாக்க முடியும். இது சம அச்சப் படிகங்களின் உருவாக்கத்தை ஊக்குவிப்பதோடு, திண்மமாதல் விரிசல்களின் உணர்திறனையும் குறைக்கிறது (படம் 4-இல் காட்டப்பட்டுள்ளது போல).

பற்றவைப்பு அளவுருக்களை உகந்ததாக்குவதும் திண்மமாதல் விரிசல்களைத் தடுப்பதற்கான ஒரு முக்கிய வழிமுறையாகும். லேசர் ஆற்றல், பற்றவைப்பு வேகம் மற்றும் புள்ளி அளவு போன்ற அளவுருக்களைச் சரிசெய்வதன் மூலம், பற்றவைப்புச் செயல்முறையின் போது வெப்ப உள்ளீடு மற்றும் வெப்பநிலை சாய்வைக் கட்டுப்படுத்த முடியும், அதன் மூலம் திண்மமாதல் அமைப்பு மற்றும் தானிய உருவவியலில் தாக்கத்தை ஏற்படுத்த முடியும். படம் 5-இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, முன்வெப்பமூட்டும் சிகிச்சையானது குளிரூட்டும் வீதத்தைக் குறைத்து, சமஅச்சுப் படிகங்களின் உருவாக்கத்தை ஊக்குவித்து, அதன் மூலம் திண்மமாதல் விரிசல்களின் உணர்திறனைக் குறைக்கும் என்று ஆய்வுகள் காட்டுகின்றன. மேலும், துடிப்புள்ள லேசர் பற்றவைப்பைப் பயன்படுத்துதல் மற்றும் பற்றவைப்பு வேகத்தை அதிகரித்தல் போன்ற முறைகள் மூலமாகவும், வெப்ப உள்ளீடு மற்றும் குளிரூட்டும் வீதத்தை மாற்றுவதன் மூலம் தூண் வடிவப் படிகங்களிலிருந்து சமஅச்சுப் படிகங்களாக மாற்றத்தை அடைய முடியும், அதன் மூலம் விரிசல்களின் உணர்திறனைக் குறைக்கலாம்.

படம் 5. அ) வெப்பப்படுத்தப்படாத, ஆ) 300°C-ல் முன்வெப்பப்படுத்தப்பட்ட சமதளத் துகள்கள்.

லேசர்களைக் கொண்டு வெவ்வேறு வகையான பொருட்களைப் பற்றவைக்கும்போது, ​​அவற்றுக்கிடையே உள்ள இயற்பியல் மற்றும் வேதியியல் பண்புகளில் உள்ள குறிப்பிடத்தக்க வேறுபாடுகளின் காரணமாக, உடையக்கூடிய உலோகக்கலவைச் சேர்மங்கள் உருவாக வாய்ப்புள்ளது. இவை திடமாதல் விரிசல்களுக்கான முக்கிய காரணங்களில் ஒன்றாகும். எனவே, உலோகக்கலவைச் சேர்மங்களின் உருவாக்கம் அல்லது அளவைக் குறைப்பதற்காக லேசர் அளவுருக்களையும் அமைப்புகளையும் சரிசெய்வது, திடமாதல் விரிசல்களைத் தடுப்பதற்கான ஒரு முக்கியமான உத்தியாகும். உதாரணமாக, தாமிரம்-அலுமினியம் போன்ற வெவ்வேறு வகையான பொருட்களை லேசர் மூலம் பற்றவைக்கும்போது, ​​லேசர் கற்றையின் விலகல் மற்றும் பற்றவைப்பு வேகத்தைக் கட்டுப்படுத்துவதன் மூலம், உருகிய திரவத்தில் உள்ள தாமிரம் மற்றும் அலுமினியத்தின் கலப்பு விகிதத்தைக் குறைக்க முடியும். இதன்மூலம், உடையக்கூடிய உலோகக்கலவைச் சேர்மங்களின் உருவாக்கம் குறைந்து, விரிசல்களின் உணர்திறனும் குறைகிறது. மேலும், நிரப்புப் பொருட்களைப் பயன்படுத்துவதும் பற்றவைக்கப்பட்ட இணைப்பின் செயல்திறனை மேம்படுத்தி, விரிசல்கள் உருவாவதைக் குறைக்கும். நிரப்புப் பொருட்கள், பற்றவைக்கப்பட்ட இணைப்பின் கலவை மற்றும் நுண் அமைப்பை மாற்றுவதன் மூலம் உலோகக்கலவைச் சேர்மங்கள் உருவாவதைக் குறைத்து, அதன் கடினத்தன்மையை மேம்படுத்தும்.

லேசர் பற்றவைப்பு செயல்முறைகளில் ஏற்படும் பொதுவான குறைபாடுகளில் திடமாதல் விரிசல்களும் ஒன்றாகும். அவற்றின் உருவாக்க வழிமுறை சிக்கலானது மற்றும் வெப்பம், இயந்திரவியல், உலோகவியல் போன்ற பல காரணிகளின் இடைவினையை உள்ளடக்கியது. திடமாதல் விரிசல்களின் உருவாக்க வழிமுறையை ஆழமாக ஆய்வு செய்வதன் மூலம், விரிசல்களை அடக்குவதற்கான கோட்பாட்டு அடிப்படையை வழங்க முடியும். சமீபத்திய ஆண்டுகளில், ஆராய்ச்சியாளர்கள் திடமாதல் விரிசல்களை அடக்குவதற்கு பல்வேறு உத்திகளை முன்மொழிந்துள்ளனர், அவை முக்கியமாக தானிய அமைப்பைக் கட்டுப்படுத்துதல், பற்றவைப்பு அளவுருக்களை மேம்படுத்துதல் மற்றும் பொருள் பண்புகளை மேம்படுத்துதல் ஆகியவற்றில் கவனம் செலுத்துகின்றன. இந்த உத்திகள் திடமாதல் விரிசல்களின் உணர்திறனை ஒரு குறிப்பிட்ட அளவிற்கு திறம்படக் குறைத்து, லேசர் பற்றவைப்பின் தரம் மற்றும் நம்பகத்தன்மையை மேம்படுத்தும் என்பதை நடைமுறை நிரூபித்துள்ளது. இருப்பினும், லேசர் பற்றவைப்பு செயல்முறையின் சிக்கலான தன்மை மற்றும் பன்முகத்தன்மை காரணமாக, தற்போதைய ஆராய்ச்சியில் இன்னும் சில குறைபாடுகள் உள்ளன. எடுத்துக்காட்டாக, வெவ்வேறு பொருட்கள் மற்றும் பற்றவைப்பு நிலைமைகளின் கீழ் திடமாதல் விரிசல்களின் தடுப்பு வழிமுறைகளுக்கு, மேலும் ஆழமான ஆராய்ச்சி இன்னும் தேவைப்படுகிறது.