01
Papīra ievads
Lāzera piedevu ražošana bieži rada rupjus graudus augstu temperatūras gradientu dēļ. Tradicionālā kontakta-tipa ultraskaņas palīdzība var uzlabot graudus, taču tā saskaras ar divām galvenajām problēmām: pirmkārt, ultraskaņas enerģija samazinās, palielinoties drukas augstumam, kā rezultātā lielu komponentu augšdaļās parādās rupji graudi; otrkārt, augstas-intensitātes ultraskaņa var izraisīt kavitācijas efektus, kas viegli rada poru defektus.
Pētnieku komanda no Ziemeļrietumu Politehniskās universitātes ierosināja bezkontakta ultraskaņas tehnoloģiju, integrējot ultraskaņas ierīci ar sprauslu un ieviešot ultraskaņu caur gaisa vidi. Šī metode sagrauj tradicionālo uzskatu, ka "graudu rafinēšanai jāpaļaujas uz kavitāciju", izmantojot tīru akustisko straumēšanas efektu, lai sasniegtu vienmērīgi blīvas smalkas vienādās graudu struktūras visā lielo Inconel 718 un 316L paraugu augstumā, ievērojami uzlabojot izturību un risinot nozares izaicinājumu, ko rada nevienmērīgas mikrostruktūras lielos komponentos.
02
Pārskats
Šī pētījuma mērķis ir novērst nevienmērīgas mikrostruktūras un defektu jutības trūkumus ultraskaņas{0}}piedevu ražošanā. Pētnieku komanda izstrādāja bezkontakta ultraskaņas sistēmu, kas pārvietojas kopā ar lāzera galvu, nodrošinot, ka kausējuma baseins saņem pastāvīgu enerģijas ievadi zem kavitācijas sliekšņa.
Eksperimenti liecina, ka tradicionālā kontaktu ultraskaņa neizdodas, ja drukas augstums pārsniedz 15 mm, savukārt jaunā tehnoloģija saglabā vienmērīgus smalkus graudus 100 mm augstumā bez kavitācijas defektiem. Mehāniskie pētījumi liecina, ka zemas-intensitātes ultraskaņa izraisa augstas-frekvences svārstību plūsmu (akustisko straumēšanu) kausējuma baseinā, izraisot augošās dendrīta sviras noguruma lūzumu un jaunu kodolu veidošanos, tādējādi attīrot graudus. Šis atklājums koriģē akadēmiskās kopienas vienpusīgo izpratni par ultraskaņas graudu rafinēšanas mehānismu un nodrošina universālu un uzticamu jaunu pieeju augstas veiktspējas metāla piedevu ražošanai.
03
Ilustrētā analīze
1. attēlā ir sniegts tiešs abu tehnisko pieeju salīdzinājums. Attēlā (a) parādīts šajā pētījumā piedāvātais bezkontakta režīms, kurā ultraskaņas devējs pārvietojas kopā ar sprauslu, lai nodrošinātu pastāvīgu enerģijas ievadi; Attēlā (b) ir attēlots tradicionālais kontakta režīms, kurā ultraskaņa tiek pārraidīta caur substrātu. No liela izmēra paraugu (f-h) EBSD rezultātiem var redzēt, ka kontakta metode (h) neizdodas parauga augšējā daļā, graudiem rupjot kolonnveida struktūrās; tā kā bezkontakta metode (f) saglabā vienmērīgus smalkus, vienādsānu graudus visā 100 mm augstumā. Turklāt mehāniskās veiktspējas dati attēlos (i-k) norāda, ka bezkontakta metode (LU) ne tikai ievērojami uzlabo izturību, bet arī parāda ļoti zemu datu izkliedi, parādot procesa augsto uzticamību.
2. attēlā ir izceltas zemas-intensitātes ultraskaņas priekšrocības defektu kontrolē. Viena-celiņu apšuvuma morfoloģija attēlā (a-i) parāda, ka, ultraskaņas intensitātei palielinoties līdz augstam diapazonam, kausējuma sliežu ceļiem ir izteikti izliekumi, bedrītes un pat pārtraukumi (i), ko izraisa kavitācijas burbuļu vardarbīga sabrukšana. Turpretim kausējuma celiņiem, kas apstrādāti ar zemas-intensitātes ultraskaņu (b-e), ir gludas un nepārtrauktas virsmas, kas ir salīdzināmas ar stāvokli bez ultraskaņas. CT skenēšanas rezultāti (k-p) vēl vairāk nosaka porainību; Augstas-intensitātes ultraskaņa izraisa porainības pieaugumu, savukārt šajā pētījumā izmantotā zemas{11}}intensitātes ultraskaņa tikai nepalielina porainību, nodrošinot drukāto daļu augstu blīvumu.
04
Kopsavilkums
1. Ierosināta un veiksmīgi izmantota bezkontakta zemas-intensitātes ultraskaņas-lāzera piedevu ražošanas tehnoloģija, efektīvi izvairoties no divām galvenajām problēmām, kas saistītas ar tradicionālajām augstas-intensitātes ultraskaņas metodēm-nevienmērīgai mikrostruktūrai un iekšējiem defektiem-, ražojot lielas metāla daļas;
2. Ar mehānisko izpēti koriģēja tradicionālo vienpusējo izpratni akadēmiskajās aprindās par ultraskaņas graudu rafinēšanas mehānismiem, demonstrējot tīru akustisko straumēšanas efektu, kur augstas-frekvences svārstīgas plūsmas izraisa dendrīta noguruma lūzumu, panākot ievērojamu graudu rafinēšanu un homogenizāciju;
3. Šī tehnoloģija nodrošina augstas -veiktspējas, ļoti konsekventu vispārīgu risinājumu dažādu metālu, piemēram, Inconel 718 un 316L, ražošanai ar piedevām;
4. Pētījuma rezultāti ir ne tikai praktiski vērtīgi piedevu ražošanas jomā, bet arī sniedz svarīgus teorētiskus pamatojumus un procesu vadlīnijas citām apstrādes tehnoloģijām, kas saistītas ar kausēta baseina sacietēšanu, piemēram, metināšanai un apšuvumam.
