L-iwweldjar bil-lejżer fil-mod ta' penetrazzjoni-fond jirrappreżenta proċess ta' tgħaqqid tal-metall promettenti ħafna fil-manifattura moderna; madankollu, l-applikazzjoni tagħha hija spiss imfixkla mill-okkorrenza ta 'difetti fil-porożità. Minħabba li l-formazzjoni tal-pori tinvolvi proċessi fiżiċi mhux lineari ħafna u multi-akkoppjati-u huwa diffiċli li tissorvelja *in situ* fi ħdan metalli opaki-tbassar b'mod preċiż id-difetti tal-porożità u l-mekkaniżmi ta' formazzjoni sottostanti tagħhom tibqa' sfida formidabbli. Studji parametriċi tradizzjonali u mudelli ta' tagħlim tal-magni bbażati biss fuq parametri tal-iwweldjar mhux ipproċessati jbatu minn limitazzjonijiet rigward il-kapaċità ta' ġeneralizzazzjoni, l-eżattezza fit-tbassir tal-porożità fil-fond-u interpretabilità. Biex jindirizza din il-kwistjoni kritika, dan l-istudju jipproponi qafas innovattiv tal-Fiżika-Informed Deep Learning (PIDL) li jintegra l-immudellar mekkanistiku ma' dejta sperimentali, bil-għan li jbassar b'mod preċiż il-livelli ta' porożità waqt l-iwweldjar bil-laser ta' liegi tal-aluminju u biex jiċċara l-mekkaniżmi fiżiċi sottostanti responsabbli għall-formazzjoni tagħhom.
Jindirizza l-kwistjoni tal-porożità fl-iwweldjar bil-lejżer-fenomenu mmexxi minn proċessi kumplessi bħall-instabilità tat-toqob tas-sejbien, id-dinamika tal-ġabra tat-tidwib, u s-solidifikazzjoni-dan l-istudju jipproponi qafas ta' tbassir ġdid li jintegra simulazzjoni numerika multifiżika ma' tagħlim profond. Ir-riċerka tibda billi testrat b'mod sistematiku varjabbli fiżiċi ewlenin-li jappartjenu għall-istabbiltà tat-toqob tas-sejħiet, il-ġeometrija tal-ġabra tat-tidwib, il-fluss tal-metall likwidu, u l-karatteristiċi termali-bl-użu ta' mudell multifiżiku vvalidat permezz ta' dejta sperimentali. Ibbażat fuq din il-pedament, il-mudell PIDL żviluppat kiseb tnaqqis ta '41% fl-iżball kwadrat medju (MSE) meta mqabbel ma' mudelli tradizzjonali ta 'tagħlim profond imħarrġa biss fuq parametri tal-proċess. Biex tittejjeb l-interpretabilità tal-mudell, ir-riċerkaturi sintetizzaw dawn il-varjabbli fiżiċi f'karatteristiċi bla dimensjoni b'sinifikat fiżiku ċar (eż., proporzjon tal-aspett tat-toqba tas-sejħiet, numru Stokes). Fl-aħħarnett, bl-użu tal-analiżi SHAP (Shapley Additive Explanations), l-istudju stabbilixxa kwantitattivament-għall-ewwel darba-l-importanza ġerarkika ta' diversi fatturi fiżiċi fil-proċess tal-formazzjoni tal-porożità; speċifikament, identifika l-proporzjon tal-aspett tat-toqba tas-serratura u r-reżistenza tal-fluss misjuqa minn fluss ta 'tidwib 'l isfel bħala ż-żewġ determinanti l-aktar kritiċi tal-formazzjoni tal-porożità, u b'hekk jipprovdu gwida ċara għall-ottimizzazzjoni tal-proċess.
Il-Figura 1 turi stampi tipiċi tad-distribuzzjoni tal-porożità miksuba taħt diversi parametri tal-iwweldjar, wara l-ipproċessar permezz ta 'spezzjoni tar-raġġi X-algoritmi ta' rikonoxximent tal-immaġni. Iċ-ċifra turi li hekk kif tvarja l-kombinazzjoni tal-parametri tal-iwweldjar, jitfaċċaw differenzi sinifikanti fil-kwantità, id-daqs u d-distribuzzjoni tal-pori fi ħdan il-ħjatat tal-weldjatura; din id-dejta tal-porożità sservi bħala tikketti għat-taħriġ sussegwenti ta 'mudelli ta' tagħlim fil-fond.
Il-Figura 2 tippreżenta dijagramma skematika tal-mudell numeriku multifiżiku użat f'dan l-istudju. Billi jsolvi l-ekwazzjonijiet ta' konservazzjoni għall-massa, il-momentum, u l-enerġija-u jinkorpora ray-algoritmu ta' traċċar-dan il-mudell jikkalkula b'mod preċiż ir-riflessjonijiet multipli u l-assorbiment tal-enerġija tar-raġġ tal-lejżer fi ħdan il-keyhole. Il-Figura 2(a) turi d-diskretizzazzjoni tar-raġġ tal-lejżer f'bosta sub-raġġi, kull wieħed iġorr ammont speċifiku ta 'enerġija; Figura 2(b) turi ġeometrikament il-qadd tar-raġġ tal-lejżer; u l-Figura 2(c) tirrendi viżwalment il-proċess kumpless ta' riflessjonijiet multipli li jgħaddu minnu s-sub-raġġi tal-lejżer ġewwa ċ-ċavetta. Dan il-mudell jipprovdi informazzjoni tridimensjonali u temporanja dwar il-morfoloġija tat-toqob tas-serratura u l-kampijiet tal-fluss tal-pool tat-tidwib-data li hija diffiċli biex tinkiseb b'mod sperimentali-b'hekk jipprovdi karatteristiċi ta' input kritiċi għall-kostruzzjoni tal-mudell PIDL.
Il-Figura 3 tippreżenta r-riżultati tal-validazzjoni tal-mudell multifiżika, billi tqabbel valuri mkejla b'mod sperimentali ma 'tbassir tal-mudell għall-fond tal-pool tat-tidwib (Fig . 3(a)) u t-tul tal-pool tat-tidwib (Fig . 3(b)) taħt parametri tal-proċess estremi. Ir-riżultati juru qbil qawwi bejn it-tbassir tal-mudell u d-dejta sperimentali; speċifikament, l-iżball relattiv għat-tbassir tal-fond tat-tidwib jaqa 'fil-medda ta' -6.3% sa 20.9%, filwaqt li l-iżball għat-tbassir tat-tul tal-pool tat-tidwib ivarja minn -16.9% sa 20.4%. Dawn ir-riżultati tal-validazzjoni jikkonfermaw l-eżattezza għolja tal-mudell multifiżiku stabbilit, li juri l-kapaċità tiegħu li jipprovdi data varjabbli fiżika affidabbli għal mudelli sussegwenti ta 'tagħlim profond.
Il-Figura 4 turi l-prestazzjoni tal-mudell PIDL-mħarreġ bl-użu ta' dataset ta' varjabbli fiżiċi diretti-fil-tbassir tal-porożità. Il-Figura 4(a) turi li l-funzjonijiet ta' telf għas-sub-mudelli kollha fi ħdan il-qafas tat-tagħlim tal-ensemble jikkonverġu b'mod effettiv. Il-Figuri 4(b) u 4(c) jippreżentaw paraguni bejn il-valuri mbassra u attwali tal-porożità għas-settijiet tat-taħriġ u tat-test, rispettivament. Ir-riżultati jindikaw li l-mudell PIDL kiseb MSE ta '0.32 fuq is-sett ta' taħriġ u 0.75 fuq is-sett tat-test, u b'hekk juri l-kapaċità tal-metodu li titgħallem b'mod effettiv ir-relazzjonijiet kumplessi mhux lineari bejn varjabbli fiżiċi u porożità, u biex tikseb tbassir kwantitattiv preċiż.
Il-Figura 5, permezz ta 'analiżi SHAP, tiżvela l-klassifikazzjoni tal-importanza u t-tendenzi tal-influwenza ta' diversi varjabbli fiżiċi fuq il-previżjoni tal-porożità. Il-Figura 5(a) tindika li, fost il-varjabbli fiżiċi kollha magħżula, il-veloċità massima 'l isfel fil-fluss tal-metall likwidu teżerċita l-akbar influwenza fuq il-porożità, segwita mill-fond tat-toqba tas-serratura. Il-Figura 5(b) turi d-distribuzzjoni tal-kontribuzzjonijiet minn kull karatteristika għar-riżultati tat-tbassir għal kull kampjun, fejn l-aħmar jirrappreżenta valuri ta 'karatteristiċi għolja u l-blu jirrappreżenta valuri ta' karatteristiċi baxxi. Analiżi kkombinata turi li l-veloċità massima 'l isfel hija korrelatata b'mod negattiv mal-porożità (jiġifieri, iktar ma jkun qawwi l-fluss 'l isfel, iktar ikun għoli l-porożità), filwaqt li l-fond tat-toqba tas-serratura huwa korrelatat b'mod pożittiv mal-porożità (jiġifieri, iktar ma tkun profonda l-keyhole, iktar ikun għoli l-porożità).
