Laserstrahlschweessen, mat senger héijer Geschwindegkeet, héijer Präzisioun an Net-kontakt Charakteristiken, gëtt wäit verbreet a Beräicher wéi Automobilindustrie, Loftfaart an elektroneschen Apparater agesat, a weist besonnesch eenzegaarteg Virdeeler bei der Verbindung vun ënnerschiddleche Materialien. Wéi och ëmmer, d'Erstarrungsrëss (Solidification Cracking), déi beim Schweessprozess entstinn, sinn ee vun de Schlësseldefekter, déi seng industriell Uwendung limitéieren. Dës Rëss entstinn normalerweis um Enn vun der Erstarrung an der Schmelzzon (Fusiounszon), ausgeléist duerch déi kombinéiert Effekter vun thermescher Belaaschtung, Erstarrungsschrumpfung an dem Flëssegkeetsfilm op de Kärengrenzen, wat d'mechanesch Eegeschaften an d'Middegkeetsliewensdauer vun der Verbindung däitlech reduzéiert.
1. Bildungsmechanismus
De Kärmechanismus vu Stäerkungsrëss läit am Reschtflëssegefilm op de Käregrenzen um Enn vun der Stäerkung. Wärend dem Stäerkungsprozess gëtt de geschmollte Pool an dräi Zonen opgedeelt: déi fräi Flëssegkeetszon, déi ageschränkt Flëssegkeetszon an déi fest Zon, wéi an der Figur 1 gewisen. An der ageschränkter Flëssegkeetszon ass de Flëssegkeetsfloss blockéiert a kann d'Spannung, déi duerch d'Stäerkungsschrumpfung entsteet, net kompenséieren, wat zu enger Käregrenztrennung féiert. D'Verhältnes vun der Käregrenzenergie (γgb) zur Feststoff-Flëssegkeets-Grenzflächenenergie (γsl) bestëmmt d'Stabilitéit vum Flëssegefilm: wann γgb < 2γsl ass, ass de Flëssegefilm onstabil an et trëtt Kärekoaleszenz op; ëmgekéiert ass de Flëssegefilm stabil an et ass ufälleg fir Rëssinitiatioun.
Ausserdeem hänkt d'Bildung vu Stäerkungsrëss och mat de metallurgeschen Eegeschafte vun de Materialien zesummen. Verschidde Materialien hunn ënnerschiddlech Stäerkungscharakteristiken, wéi den Temperaturberäich vun der Stäerkung, d'Schrumpfquote vun der Stäerkung an d'Verdeelung vun de Legierungselementer, etc. Dës Charakteristiken beaflossen d'Sensibilitéit vu Rëss. Zum Beispill, a Materialien, déi eng grouss Quantitéit un eutektesche Phasen mat nidderegem Schmelzpunkt enthalen, ass d'Sensibilitéit vu Stäerkungsrëss méi héich, well dës eutektesch Phasen ufälleg sinn, während der Stäerkung kontinuéierlech flësseg Filmer ze bilden, wouduerch d'Bildung vu Rëss intensivéiert gëtt.
Wärend demLaserschweissprozess, Schweessparameter wéi Laserleistung, Schweessgeschwindegkeet a Punktgréisst hunn och en Afloss op d'Bildung vu Verstarrungsrëss. Dës Parameter beaflossen den Hëtztzoufloss an den Temperaturgradient während dem Schweessprozess, wouduerch d'Verstarrungsstruktur an d'Kärmorphologie geännert ginn. Zum Beispill féieren eng méi héich Laserleistung an eng méi niddreg Schweessgeschwindegkeet zu enger méi grousser Hëtztzoufloss an enger méi lueser Ofkillungsquote, wat de Wuesstum vu säulenförmigen Kristaller fördert an d'Rëssempfindlechkeet erhéicht. Am Géigendeel féieren eng méi niddreg Laserleistung an eng méi héich Schweessgeschwindegkeet zu enger méi klenger Hëtztzoufloss an enger méi schneller Ofkillungsquote, wat d'Bildung vu gläichachsegen Kristaller erliichtert an d'Rëssempfindlechkeet reduzéiert.
2. Ënnerdréckungsmoossnamen
Fir d'Erstarrungsrëss effektiv ze ënnerdréckenLaserschweißen, hunn d'Fuerscher verschidde Strategien virgeschloen, déi sech haaptsächlech op d'Kontroll vun der Kärestruktur, d'Optimiséierung vun de Schweessparameteren an d'Verbesserung vun de Materialeegeschafte konzentréieren. Duerch d'Verfeinerung vun der Kärestruktur kann d'Zuel vun de Käregrenzen erhéicht ginn, an d'Spannungskonzentratioun reduzéiert ginn, wouduerch d'Bildung vu Rëss reduzéiert gëtt. Studien hunn gewisen, datt duerch d'Benotzung vun der Laserstrahloszillatiounstechnologie säulenförmeg Kristaller a fein gläichachseg Kristaller transforméiert kënne ginn, ouni aner Materialien derbäizesetzen. Laserstrahloszillatioun kann d'Laserenergie verdeelen, wouduerch de Schmelzpool Turbulenzen generéiert, wouduerch d'Wuesstumsrichtung vu säulenförmegen Kristaller ënnerbrach gëtt an d'Bildung vun gläichachseg Kristaller gefördert gëtt, wéi an der Figur 3 gewisen. Zousätzlech kann d'Laserstrahloszillatioun och d'Breet vum Schmelzpool erhéijen, den Temperaturgradient reduzéieren an d'Erstarrungszäit vum Schmelzpool verlängeren, wat zu der Diffusioun vu geléisten Substanzen an der Opfëllung vu flëssege Filmer bäidréit, wouduerch d'Sensibilitéit vu Erstarrëss däitlech reduzéiert gëtt.
Verdeelung vu Kärengrenzflëssegkeetsfilmer ënner verschiddene Poolformen.
Schematesch Duerstellung vum Schweißschmelzbad, a, b) ouni Schwéngung, c, d) lateral Schwéngung, e, f) Längsschwéngung, g, h) Ëmfangsschwéngung.
Zousätzlech zu denLaserstrahlOszillatiounstechnologie, d'Benotzung vun duebele Laserquellen ass och eng vun den effektiven Methoden fir Erstarrisse z'ënnerdrécken. Duebel Laserquellen kënnen d'Transformatioun vu säulenförmigen Kristaller zu gläichachsegen Kristaller erreechen andeems se den thermesche Zyklus optimiséieren, wouduerch d'Käregréisst an d'Spannungskonzentratioun reduzéiert ginn. Zum Beispill, wann een e CO₂-Laser als Haapthëtzquell an en Nd:YAG-Pulslaser als Hëllefshëtzquell benotzt, kann en optiméierten thermesche Zyklus beim Schweessen entstoen, wat d'Bildung vun gläichachsegen Kristaller fördert an d'Sensibilitéit vun Erstarrisse reduzéiert, wéi an der Figur 4 gewisen.
D'Optimiséierung vun de Schweessparameter ass och e wichtegt Mëttel fir Erstarrisse z'ënnerdrécken. Duerch d'Upassung vu Parameteren wéi Laserleistung, Schweessgeschwindegkeet a Punktgréisst kënnen den Hëtztzougang an den Temperaturgradient während dem Schweessprozess kontrolléiert ginn, wouduerch d'Erstarrungsstruktur an d'Kärmorphologie beaflosst ginn. Studien hunn gewisen, datt d'Virhëtzungsbehandlung d'Ofkillungsgeschwindegkeet reduzéiere kann, d'Bildung vun gläichachsegen Kristaller förderen an doduerch d'Sensibilitéit vun Erstarrisse reduzéieren kann, wéi an der Figur 5 gewisen. Zousätzlech kënnen Methoden wéi d'Benotzung vu gepulstem Laserschweißen an d'Erhéijung vun der Schweessgeschwindegkeet och d'Transformatioun vu säulenförmigen Kristaller zu gläichachsegen Kristaller erreechen, andeems d'Hëtzzougang an d'Ofkillungsgeschwindegkeet geännert ginn, wouduerch d'Sensibilitéit vun de Rëss reduzéiert gëtt.
Figur 5. a) Onerhëtzt, b) 300°C virgehëtzt gläichachseg Kären.
Beim Schweesse vun ënnerschiddleche Materialien mat Laser, sinn, wéinst de bedeitenden Ënnerscheeder an de physikaleschen a chemeschen Eegeschafte tëscht de Materialien, brécheg Intermetallverbindungen ufälleg fir ze bilden, wat eng vun den Haaptursaache vu Verstarrungsrëss ass. Dofir ass d'Upassung vun de Laserparameteren an Astellungen fir d'Bildung oder d'Quantitéit vun Intermetallverbindungen ze reduzéieren och eng wichteg Strategie fir Verstarrungsrëss z'ënnerdrécken. Zum Beispill, beim Laserschweesse vu Koffer-Aluminium ënnerschiddleche Materialien, kann duerch d'Kontroll vum Offset vum Laserstrahl an der Schweessgeschwindegkeet de Mëschverhältnis vu Koffer an Aluminium am geschmollte Pool reduzéiert ginn, wouduerch d'Bildung vu bréchegen Intermetallverbindungen an d'Sensibilitéit vu Rëss reduzéiert ginn. Zousätzlech kann d'Benotzung vu Fëllmaterialien och d'Leeschtung vun der Schweessverbindung verbesseren an d'Bildung vu Rëss reduzéieren. Fëllmaterialien kënnen d'Bildung vun Intermetallverbindungen reduzéieren andeems se d'Zesummesetzung an d'Mikrostruktur vun der Schweessverbindung änneren an d'Zähegkeet vun der Schweessverbindung verbesseren.
Erstarrisse sinn ee vun den heefegsten Defekter bei Laserschweissprozesser. Hire Bildungsmechanismus ass komplex an involvéiert d'Interaktioun vu verschiddene Faktoren wéi Hëtzt, Mechanik a Metallurgie. Duerch eng grëndlech Studie vum Bildungsmechanismus vu Erstarrisse kann eng theoretesch Basis fir d'Ënnerdréckung vu Rëss geliwwert ginn. An de leschte Joren hunn d'Fuerscher verschidde Strategien zur Ënnerdréckung vu Erstarrisse proposéiert, déi sech haaptsächlech op d'Kontroll vun der Kärestruktur, d'Optimiséierung vun der Schweissparameter an d'Verbesserung vun de Materialeegeschafte konzentréieren. D'Praxis huet bewisen, datt dës Strategien d'Sensibilitéit vu Erstarrisse bis zu engem gewësse Grad effektiv reduzéiere kënnen an d'Qualitéit an d'Zouverlässegkeet vum Laserschweisse verbesseren. Wéinst der Komplexitéit an der Diversitéit vum Laserschweissprozess gëtt et awer nach ëmmer e puer Mängel an der aktueller Fuerschung. Zum Beispill ass weider detailléiert Fuerschung fir d'Inhibitiounsmechanismen vu Erstarrisse ënner verschiddene Materialien a Schweissbedingungen néideg.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 20. Mäerz 2025
