3. Proses Kimpalan Laser dan Pengoptimuman Parameter
3.1 Peralatan dan Persediaan Kimpalan
Kimpalan laser biasanya dilakukan menggunakan pengimpal laser automatik dengan output kuasa maksimum dalam julat 2.5 kW atau lebih tinggi. Proses ini sering dijalankan di udara ambien tanpa gas pelindung, memudahkan operasi sementara masih mencapai sambungan bunyi . Parameter boleh laras utama termasuk kuasa laser, kelajuan kimpalan, kedudukan fokus, diameter titik dan sudut kejadian rasuk.
3.2 Parameter Dioptimumkan daripada Kajian Eksperimen
Penyiasatan eksperimen telah mewujudkan korelasi yang jelas antara parameter kimpalan dan prestasi sendi. Dalam kajian yang menggunakan lapisan peralihan serbuk beraliran Cu-Co-Fe dan Ni{3}}Cr-Cu-Cu untuk mengimpal segmen berlian kepada matriks keluli 30CrMo, prestasi kimpalan optimum dicapai pada kuasa laser 1600 W dan kelajuan kimpalan 1400mm kekuatan gigi 1400 MP. .
Kajian simulasi berangka menggunakan perisian SYSWELD telah memperhalusi lagi parameter ini. Dengan mewujudkan model gandingan-berbilang medan berskala silang-yang menggabungkan medan suhu, transformasi fasa, morfologi butiran, medan tegasan dan prestasi kelesuan, penyelidik menentukan bahawa kelajuan kimpalan 26 mm/s dan kuasa 1700 W meminimumkan tegasan kimpalan, mengurangkan nilai kelesuan volum digital (DVC). Ujian kimpalan mengesahkan bahawa keadaan 1700 W menghasilkan kekuatan gigi tertinggi, mencapai 1200 MPa .
Percanggahan sedikit antara parameter optimum yang dilaporkan oleh kajian berbeza (1600 W lwn. 1700 W) mungkin menggambarkan perbezaan dalam komposisi bahan, geometri bilah atau keadaan percubaan. Namun begitu, ketekalan dalam susunan magnitud-kira-kira 1.6–1.7 kW kuasa dan kelajuan 23–26 mm/s-menyediakan panduan yang mantap untuk pengoptimuman proses.
3.3 Simulasi Berangka Proses Kimpalan
Kerumitan kimpalan laser-melibatkan fenomena terma, mekanikal dan metalurgi yang digabungkan-menjadikan simulasi berangka alat yang tidak ternilai untuk reka bentuk dan pengoptimuman proses. Model lanjutan menggunakan sumber haba Gaussian 3D untuk mewakili profil pancaran laser, menyumbang kepada-taburan tenaga tidak seragam yang timbul dalam-sistem laser kuasa tinggi.
Faktor kualiti rasuk M², yang menerangkan sisihan daripada profil Gaussian yang ideal, memainkan peranan yang penting. Dalam praktiknya, pancaran laser-berkuasa tinggi selalunya mempamerkan nilai M² antara 1.3 hingga 2.0, menghasilkan profil pancaran memanjang dengan berbilang puncak dan bukannya satu puncak tengah . Herotan ini menjejaskan medan suhu dan geometri kolam lebur, akhirnya mempengaruhi kualiti kimpalan dan sifat mekanikal. Faktor pembetulan yang digabungkan ke dalam model simulasi telah ditunjukkan untuk meningkatkan ketepatan ramalan, menghasilkan keputusan yang hampir sepadan dengan data percubaan .
Pengiraan medan haba melibatkan penyelesaian persamaan pemindahan haba tak linear untuk mendapatkan taburan suhu sementara merentasi zon kimpalan. Model medan tegasan menganggap jumlah terikan sebagai jumlah terikan elastik, terikan plastik, keplastikan teraruh perubahan fasa-dan terikan terma . Pemodelan komprehensif sedemikian membolehkan ramalan tegasan sisa dan evolusi mikrostruktur, membimbing pemilihan parameter kimpalan optimum tanpa percubaan{3}}dan-percubaan yang meluas.
4. Ciri dan Sifat Mikrostruktur
4.1 Struktur Mikro Zon Gabungan dan Haba-Zon Terjejas
Struktur mikro laser-bilah gergaji berlian yang dikimpal mempamerkan ciri yang berbeza dalam zon berbeza. Zon gabungan (FZ) boleh dibahagikan kepada kawasan kaya-kuprum dan kaya-besi, dicirikan oleh butiran kasar tanpa orientasi pilihan yang jelas. Pengasingan fasa ini timbul daripada keadaan pemejalan bukan{5}}keseimbangan yang biasa bagi kimpalan laser, di mana kadar penyejukan pantas menghalang penhomogenan aloi lengkap.
Haba-zon terjejas (HAZ) substrat keluli 30CrMo menampilkan struktur mikro yang berbeza, terutamanya terdiri daripada-kekerasan tinggi, jarum dipadam rapuh-seperti martensit. Kekerasan mikro di rantau ini boleh meningkat secara mendadak kepada nilai setinggi 550 HV. Pengerasan ini terhasil daripada kadar penyejukan pantas yang mendorong transformasi martensit dalam matriks keluli, yang mempunyai implikasi yang ketara untuk keliatan dan kerentanan rekahan sendi.
Analisis patah mendedahkan bahawa kegagalan cenderung berlaku di sempadan antara zon gabungan dan zon-haba yang terjejas, di mana kepekatan tegasan paling ketara . Pemerhatian ini menekankan kepentingan mengoptimumkan parameter kimpalan untuk meminimumkan tahap HAZ yang mengeras dan mengurangkan kecerunan tegasan antara muka.
4.2 Prestasi Mekanikal dan Mekanisme Kegagalan
Kekuatan penglibatan gigi berfungsi sebagai metrik utama untuk menilai kualiti sambungan dalam laser-bilah gergaji berlian yang dikimpal. Seperti yang dinyatakan di atas, keadaan kimpalan yang dioptimumkan boleh menghasilkan kekuatan melebihi 800 MPa dan, dalam beberapa kes, mencapai 1200 MPa. Nilai ini mewakili peningkatan yang ketara berbanding prestasi yang boleh dicapai dengan kaedah penyambungan konvensional.
Prestasi kelesuan sambungan laser-adalah satu lagi pertimbangan kritikal, memandangkan pemuatan kitaran yang dialami semasa operasi pemotongan. Simulasi berangka yang menggabungkan penilaian kitaran hayat telah mengenal pasti bahawa pengurangan nilai DVC berkorelasi dengan rintangan keletihan yang lebih baik, mengesahkan penggunaan pengurangan tekanan sebagai objektif reka bentuk .
Kecacatan mikrostruktur seperti keliangan, terutamanya dalam zon gabungan, boleh berfungsi sebagai tapak permulaan retak keutamaan. Kawalan ketumpatan lapisan peralihan dan pencegahan penyejatan unsur adalah penting untuk mencapai prestasi sendi yang boleh dipercayai.
