01
Astratt
It-tungstenu, minħabba l-punt tat-tidwib għoli tiegħu, il-konduttività termali tajba, u ż-żamma baxxa tal-idroġenu, huwa materjal ideali għal komponenti orjentati fil-plażma-f'reatturi tal-fużjoni nukleari. Madankollu, il-fraġilità intrinsika tagħha u t-temperatura ta 'transizzjoni fraġli-duttili għolja (DBTT) jagħmluha suxxettibbli ħafna għall-qsim waqt l-ipproċessar bil-lejżer. Dan huwa fundamentalment minħabba r-rata ta 'tkessiħ estremament għolja u l-gradjent tat-temperatura li jwasslu għal stress termali u dgħjufija tal-konfini tal-qamħ. Metodi eżistenti biex jrażżnu l-qsim jinkludu tisħin minn qabel tas-sottostrat, liga ta 'nanopartiċelli, u lasers pulsati, iżda dawn il-metodi għandhom limitazzjonijiet bħal degradazzjoni tat-trab, bidliet fil-kompożizzjoni jew porożità miżjuda. F'dawn l-aħħar snin, l-iffurmar tar-raġġ tal-lejżer (bħal raġġi taċ-ċirku) intuża biex inaqqas id-densità tal-ogħla qawwa, ittrasforma l-iwweldjar ta 'penetrazzjoni profonda f'iwweldjar termalment konduttiv, inaqqas b'mod effettiv gradjenti ta' temperatura u rati ta 'tkessiħ. L-oxxillazzjoni tar-raġġ tal-lejżer tista 'tħawwad il-pool imdewweb, omoġenizza aktar l-input tas-sħana, u tippromwovi formazzjoni ta' qamħ equiaxed. Iż-żewġ metodi huma bbażati fuq kontroll termodinamiku u għandhom mekkaniżmi komplementari. Dan id-dokument jipproponi li tgħaqqadhom biex jinkiseb iwweldjar mingħajr xquq-repetibbli tat-tungstenu pur mingħajr tisħin minn qabel jew modifika. L-effetti tal-forma tar-raġġ u l-parametri ta 'oxxillazzjoni fuq xquq, il-pool imdewweb, u l-mikrostruttura huma studjati b'mod sistematiku, u jipprovdu referenza għall-manifattura addittiva sussegwenti.
02
Ħarsa ġenerali
Dan l-istudju qabbel b'mod sistematiku l-effetti ta 'tliet forom ta' raġġ tal-lejżer-Raġġ Gaussian, distribuzzjoni tal-qalba taċ-ċirku (RC 80/20), u raġġ annulari-fuq l-imġieba ta 'qsim ta' weldjaturi ta 'pass wieħed- fi pjanċi rqaq tat-tungstenu pur taħt parametri ta' oxxillazzjoni differenti. Li tgħaqqad is-simulazzjoni termofiżika, l-analiżi tal-mikroskopija ottika, u l-karatterizzazzjoni tal-EBSD, saret analiżi multi-skala, minn statistika ta 'xquq makroskopiku u ġeometrija ta' pool imdewweb għal struttura mikroskopika tal-qamħ. Riżultati sperimentali juru li r-raġġ Gaussian, minħabba l-ogħla qawwa eċċessivament għolja tiegħu, jifforma faċilment pool imdewweb fond u dejjaq (proporzjon tal-fond-għall--wisa '> 1), li jwassal għal qsim qawwi, b'rata ħielsa ta' xquq-ta' biss 36%. B'kuntrast, ir-raġġi annulari u RC 80/20, billi jnaqqsu d-densità tal-ogħla qawwa, jwessgħu u inqas baxxi l-pool imdewweb, inaqqsu b'mod sinifikanti l-gradjent tat-temperatura u r-rata tat-tkessiħ. Ir-raġġ RC 80/20 waħdu jista' jikseb rata ta' qsim-ħieles ta' 80%. Filwaqt li tibni fuq din il-pedament, iż-żieda tal-oxxillazzjoni tar-raġġ tal-lejżer kompliet trażżan il-qsim fit-tipi kollha tar-raġġ, bil-proporzjonijiet tal-aspetti ġeneralment jinżlu taħt 1. Il-kombinazzjoni ta 'RC 80/20 u oxxillazzjoni wettqet l-aħjar, u kisbet rata ta' 91% crack-free madwar 55 sett ta 'parametri. Barra minn hekk, irriżulta fil-formazzjoni ta 'kristalli ekwiassi akbar fi ħdan il-pool imdewweb, li jaqbel mill-qrib mat-tnaqqis tar-rata tat-tkessiħ simulata ta' sa 45%. L-analiżi statistika finali wriet li l-forma tar-raġġ, il-qawwa tal-lejżer u l-veloċità tal-iskannjar kienu l-aktar parametri sinifikanti li jaffettwaw il-bidu tal-qsim, filwaqt li l-frekwenza u l-amplitudni tal-oxxillazzjoni ma kellhom l-ebda impatt sinifikanti fl-ambitu ta 'dan l-istudju. Dan juri li l-istrateġija magħquda tal-iffurmar tar-raġġ u l-oxxillazzjoni tista' tikseb iwweldjar mingħajr xaqq-repetibbli tat-tungstenu mingħajr tisħin minn qabel jew modifika tal-materjal.
03
Analiżi Grafika
Id-dejta fir-rokna ta 'fuq tax-xellug tal-Figura 1 turi li, taħt l-istess dijametru tal-post (202 μm) u kundizzjonijiet tal-proċess, il-gradjent tat-temperatura G tar-raġġ RC 80/20 huwa sinifikament aktar baxx minn dak tar-raġġ Gaussian, filwaqt li r-rata ta' tkabbir R hija kemmxejn ogħla. Iċ-ċavetta tinsab fir-riżultati tal-kalkolu tar-rata tat-tkessiħ fir-rokna tal-lemin ta 'fuq-ir-rata tat-tkessiħ tar-raġġ RC 80/20 hija mnaqqsa b'madwar 40% meta mqabbla mar-raġġ Gaussian bl-istess dijametru tal-post, u aktar imnaqqsa b'madwar 45% għar-raġġ annulari. Is-sezzjoni trasversali simulata tal-pool imdewweb hawn taħt tirrifletti wkoll dan: il-pool imdewweb tar-raġġ iffurmat huwa usa 'u inqas baxx. Din id-dejta tispjega direttament għaliex it-tiswir tar-raġġ jista' effettivament inaqqas ix-xquq ikkawżati mill-istress termali-, u jipprovdi appoġġ qawwi għal esperimenti sussegwenti minn perspettiva termodinamika.
Figura 2 tikkorrispondi għal raġġ Gaussian. Mingħajr oxxillazzjoni, xquq lonġitudinali jippenetra l-weldjatura kollha. Madankollu, biż-żieda ta 'oxxillazzjoni, anke f'densitajiet ta' enerġija tal-linja simili, il-qasma tisparixxi kompletament. Il-Figura 3 tikkorrispondi għal raġġ RC 80/20. Mingħajr oxxillazzjoni, qasma għadha teżisti f'densitajiet għolja ta 'enerġija tal-linja. Biż-żieda ta 'oxxillazzjoni, il-qasma hija kompletament eliminata. Dan juri bis-sħiħ li irrispettivament mill-forma tar-raġġ, l-oxxillazzjoni tista 'effettivament trażżan xquq. Il-mekkaniżmu huwa li l-oxxillazzjoni tar-raġġ tħawwad il-pool imdewweb, u tagħmel l-input tas-sħana aktar uniformi. Il-pool imdewweb oriġinarjament dejjaq u fil-fond jitwessa' b'mod sinifikanti, u l-proporzjon tal-fond-għall--wisa' jinżel taħt 1. Il-mod tal-iwweldjar jinbidel minn iwweldjar ta 'penetrazzjoni profonda għal iwweldjar ta' konduzzjoni tas-sħana, u b'hekk joħroġ stress termali.
Il-Figura 4 tikkwantifika l-effett tal-istrateġija tal-ipproċessar fil-livell mikrostrutturali. In-naħa tax-xellug turi li d-daqs medju tal-qamħ tar-raġġ Gaussian (93 μm) huwa biss 10.2 μm; bl-użu ta 'RC 80/20 waħdu (202 μm) iżidha għal 14.3 μm; u meta RC 80/20 jiġi kkombinat ma 'oxxillazzjoni, il-ħbub ikabbru aktar, li jaqbel perfettament mar-riżultat ta' simulazzjoni ta 'tnaqqis ta' 45% fir-rata tat-tkessiħ. Id-dejta tal-proporzjon tal-aspett fuq il-lemin turi li l-ħbub tal-kombinazzjoni tal-iffurmar u l-oxxillazzjoni huma eqreb lejn equiaxed (proporzjon qrib 1), filwaqt li l-ħbub tar-raġġ Gaussian huma b'mod ċar kolonni (proporzjon akbar). Proporzjon ogħla u numru akbar ta 'ħbub equiaxed ifissru li l-proprjetajiet mekkaniċi tal-materjal huma aktar isotropiċi, u r-reżistenza tagħha għall-propagazzjoni tal-qsim hija aktar b'saħħitha, u b'hekk tispjega għaliex ix-xquq huma effettivament mrażżna fil-livell mikrostrutturali.
04
Sommarju
Dan l-istudju jikkonferma li strateġija magħquda ta 'formazzjoni ta' raġġ tal-lejżer u oxxillazzjoni tista 'tikseb iwweldjar mingħajr xaqq-repetibbli ta' tungstenu pur mingħajr tisħin minn qabel jew modifika tal-materjal. Fost il-parametri ttestjati, ir-raġġ tal-qalba taċ-ċirku RC 80/20 flimkien ma 'l-oxxillazzjoni ta l-aħjar riżultati, u kiseb rata ta' xquq-ħielsa ta '91%, ogħla b'mod sinifikanti mis-36% tar-raġġ Gaussian. Din il-kombinazzjoni effettivament trażżan xquq billi tnaqqas l-ogħla densità tal-qawwa u tħawwad il-pool imdewweb, tittrasforma l-mod tal-iwweldjar fis-sħana -iwweldjar li jmexxi, tnaqqas ir-rata tat-tkessiħ sa 45%, u tippromwovi l-formazzjoni ta 'kristalli equiaxed akbar. Il-forma tar-raġġ, il-qawwa tal-lejżer, u l-veloċità tal-iskannjar huma l-parametri ewlenin li jinfluwenzaw, filwaqt li l-frekwenza tal-oxxillazzjoni u l-amplitudni għandhom ftit effett. Ir-riċerka futura teħtieġ li tivverifika aktar l-applikabilità ta' din l-istrateġija f'laminazzjoni b'ħafna-saff, multi-pass u fil-manifattura attwali tal-PBF-LB/M.
