01
การแนะนำ
ด้วยข้อได้เปรียบต่างๆ เช่น พลังงานที่เข้มข้น ความแม่นยำสูง และการเสียรูปน้อยที่สุด เทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์จึงกลายเป็นกระบวนการหลักในการผลิตที่มีความแม่นยำสมัยใหม่ อย่างไรก็ตาม คุณลักษณะของการหลอมละลายและการแข็งตัวอย่างรวดเร็วทำให้เกิดความท้าทายที่สำคัญเมื่อแปรรูปวัสดุที่มีการสะท้อนแสงสูง (เช่น ทองแดงและอะลูมิเนียม)- โดยเฉพาะ การดูดซับพลังงานที่ไม่เสถียร และความไวต่อความพรุนและการแตกร้าวจากความร้อน ปัญหาเหล่านี้จะรุนแรงโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อทำการเชื่อมวัสดุที่ไม่เหมือนกัน ซึ่งการก่อตัวของสารประกอบอินเตอร์เมทัลลิกที่เปราะอาจทำให้ประสิทธิภาพของข้อต่อลดลงอย่างมาก ปัญหาคอขวดเหล่านี้ได้จำกัดการประยุกต์ใช้การเชื่อมด้วยเลเซอร์เพิ่มเติมในภาคส่วน-ระดับสูง เช่น แบตเตอรี่พลังงานและการบินและอวกาศ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เทคโนโลยีการสั่นสะเทือนอัลตราโซนิกได้ถูกนำมาใช้มากขึ้นในด้านการแปรรูปวัสดุ เพื่อปรับปรุงเทคนิคแบบดั้งเดิม และทำให้เกิดความยืดหยุ่นในการผลิตอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน นอกเหนือจากการใช้งานในด้านการทำความสะอาด โซโนเคมี การบำบัดโลหะ และการทำให้เป็นละอองแล้ว เทคโนโลยีอัลตราโซนิกกำลังค่อยๆ กลายเป็นเครื่องมือเพิ่มประสิทธิภาพเสริมที่สำคัญภายในแพลตฟอร์มการผลิตขั้นสูง-ซึ่งรวมถึงการตัดเฉือนที่มีความแม่นยำ การเชื่อมขั้นสูง การประมวลผลด้วยเลเซอร์ และการผลิตแบบเติมเนื้อ ด้วยเหตุนี้ เพื่อเอาชนะข้อจำกัดบางประการในการเชื่อมด้วยเลเซอร์ จึงได้เกิดโซลูชันที่เป็นนวัตกรรม: เทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบสั่นสะเทือนด้วยอัลตราโซนิก- (UVA-LW) (รูปที่ 1) เทคโนโลยีนี้ผสมผสาน-การสั่นสะเทือนอัลตราโซนิกความถี่สูงเข้ากับกระบวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์อย่างสร้างสรรค์ โดยมีจุดมุ่งหมายเพื่อควบคุมการสตรีมเสียง การเกิดโพรงอากาศ และผลกระทบจากความเครียดของคลื่นอัลตราโซนิกอันเป็นเอกลักษณ์ เพื่อแทรกแซงโดยตรง-ในระดับกายภาพ-ในไดนามิกการไหล พฤติกรรมของก๊าซ และกระบวนการแข็งตัวของสระหลอมเหลว ด้วย "การทำงานร่วมกันทางแสง-ทางแสง" เทคโนโลยี UVA-LW จะทำให้แหล่งน้ำหลอมเหลวปั่นป่วนอย่างมีประสิทธิภาพ ช่วยขับก๊าซออกมา ปรับแต่งโครงสร้างเกรน และยับยั้งการก่อตัวของเฟสที่เปราะ วิธีการนี้ช่วยเพิ่มคุณภาพการเชื่อมและประสิทธิภาพได้อย่างมาก จึงเป็นการปูทางใหม่ที่มีแนวโน้มไปสู่การแก้ไขปัญหาท้าทายที่เกี่ยวข้องกับการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบเดิม
02
หลักการสำคัญ: ผลเสริมฤทธิ์กันของเสียงและแสง
สาระสำคัญของการเชื่อมด้วยเลเซอร์ด้วยการสั่นสะเทือนอัลตราโซนิก-อยู่ที่ความสามารถของสนามพลังงานเสียงเพื่อให้บรรลุ-การเพิ่มประสิทธิภาพระดับลึกที่ครอบคลุมของกระบวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์- ซึ่งครอบคลุมห่วงโซ่ทั้งหมดตั้งแต่พฤติกรรมทางกายภาพของของเหลวที่ละลายในสระ ไปจนถึงวิวัฒนาการของโครงสร้างจุลภาคระหว่างการแข็งตัว และสุดท้ายคือการควบคุมความเครียดของสถานะของแข็ง-หลังจากการทำความเย็น ขั้นแรก ในระหว่างเฟสของเหลว คลื่นอัลตราโซนิกความถี่สูง-ทำให้เกิดการสตรีมเสียงและเอฟเฟกต์คาวิเทชันอันทรงพลังภายในบ่อหลอมเหลว ซึ่งทำหน้าที่เป็นกลไกในการ "กวน-ระดับไมโคร" และ "การทำให้บริสุทธิ์อย่างมีประสิทธิภาพ" ของโลหะหลอมเหลวได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทิศทางการไหลแบบมหภาคที่สร้างขึ้นโดยเอฟเฟกต์การสตรีมแบบอะคูสติก-เหมือนกับ-เครื่องกวนในตัว- ทำให้เกิดการปั่นป่วนกลุ่มของเหลวที่ละลายอย่างรุนแรง (รูปที่. 2) ดังนั้นจึงดึงดูดให้เกิดการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันขององค์ประกอบองค์ประกอบและการกระจายอุณหภูมิ สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อทำการเชื่อมวัสดุที่แตกต่างกัน เนื่องจากจะไปขัดขวางการก่อตัวของสารประกอบอินเตอร์เมทัลลิกที่ต่อเนื่องและเปราะซึ่งมีแนวโน้มที่จะสะสมที่ส่วนต่อประสานอย่างมีประสิทธิภาพ โดยกระจายพวกมันออกเป็นอนุภาคละเอียดที่แยกจากกันแทนเพื่อเพิ่มความแข็งแกร่งของข้อต่อ ในขณะเดียวกัน เอฟเฟกต์คาวิเทชันที่รุนแรงยิ่งขึ้น-ซึ่งเกิดจากการยุบตัวของฟองอากาศขนาดจิ๋วจำนวนนับไม่ถ้วนในทันที-ปล่อยคลื่นกระแทกอันทรงพลังและ-ไอพ่นไมโคร-ความเร็วสูง ในด้านหนึ่ง การกระทำนี้จะกัดกร่อนฟิล์มออกไซด์จากพื้นผิวสระน้ำที่หลอมละลายอย่างรุนแรง ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความสามารถในการเปียกได้ ในทางกลับกัน มันจะ "เขย่า" ก๊าซที่เป็นอันตราย เช่น ไฮโดรเจนและไนโตรเจนที่ติดอยู่ภายในสระน้ำ บังคับให้พวกมันลอยขึ้นและหลบหนีออกไปอย่างรวดเร็ว ดังนั้นจึงระงับการก่อตัวของข้อบกพร่องเกี่ยวกับรูพรุนโดยพื้นฐาน ต่อจากนั้น ในระหว่างระยะการแข็งตัว คลื่นกระแทกแรงดันสูง-เป็นระยะ ๆ ที่เกิดจากเอฟเฟกต์คาวิเทชันจะปรากฏเป็นเครื่องมือที่มีศักยภาพในการควบคุมโครงสร้างจุลภาคของการแข็งตัว เมื่อแหล่งน้ำละลายเริ่มเย็นลงและเดนไดรต์เริ่มเติบโต คลื่นกระแทกเหล่านี้จะแตกหักและแยกส่วนได้อย่างมีประสิทธิภาพ แขนเดนไดรต์ที่กระจัดกระจายเหล่านี้ถูกดำเนินการไปพร้อมกับการสตรีมแบบอะคูสติก โดยจะกระจายไปทั่วสระที่หลอมละลาย ทำหน้าที่เป็นจุดเกิดนิวเคลียสที่แตกต่างกันจำนวนมาก และด้วยเหตุนี้จึงทำให้เกิด "การแพร่กระจาย- ที่เกิดจากการแพร่กระจาย" ของนิวเคลียสของผลึก กลไกนี้เปลี่ยนรูปแบบการแข็งตัวแบบดั้งเดิมโดยพื้นฐานโดยการยับยั้งการเจริญเติบโตของเกรนเรียงเป็นแนวหยาบ ส่งผลให้มีโครงสร้างจุลภาคของการเชื่อมประสิทธิภาพสูง-ซึ่งประกอบด้วยเกรนที่มีเนื้อละเอียดและสม่ำเสมอจำนวนมาก- ซึ่งเป็นผลลัพธ์ที่ช่วยเพิ่มความแข็งแรง ความเหนียว และความต้านทานต่อการแตกร้าวจากความร้อนได้อย่างมาก สุดท้ายนี้ ในระหว่างช่วงหลัง-การทำความเย็นของของแข็ง{- การสั่นสะเทือนอัลตราโซนิกยังคงมีบทบาทสำคัญในผ่านกลไกของการลดเสียงและลดความเครียด เอฟเฟ็กต์การอ่อนตัวของเสียงทำให้รอยเชื่อมและ-วัสดุบริเวณที่ได้รับผลกระทบ-ในขณะที่อยู่ใน-สถานะพลาสติกที่มีอุณหภูมิสูง-จะเกิด "การอ่อนตัวลงทันที" ดังนั้นจึงทำให้ง่ายขึ้นสำหรับพวกเขาที่จะรับและบรรเทาความเข้มข้นของความเครียดที่เกิดจากการหดตัวด้วยการทำความเย็นผ่านการเปลี่ยนรูปพลาสติกขนาดเล็กมาก การสั่นสะเทือนเชิงกลความถี่สูง-อย่างต่อเนื่องพร้อมกันนั้นให้พลังงานเพิ่มเติมสำหรับการเคลื่อนตัวของอะตอมและการเคลื่อนตัว ซึ่งจะช่วยกระจายและผ่อนคลายความเครียดภายใน ผลที่ตามมาคือ-ตั้งแต่การทำให้บริสุทธิ์และทำให้เป็นเนื้อเดียวกันของแหล่งหลอมเหลวไปจนถึงการทำให้เมล็ดละเอียดในระหว่างการแข็งตัว และสุดท้ายคือการบรรเทาความเครียดในสถานะของแข็ง-การสั่นสะเทือนอัลตราโซนิกทำให้เกิดการทำงานร่วมกันที่มีประสิทธิภาพสูงกับแหล่งความร้อนด้วยเลเซอร์ผ่านชุดผลกระทบทางกายภาพที่เชื่อมโยงถึงกันนี้ จึงเป็นการแก้ปัญหาความท้าทายหลักที่มีอยู่ในการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบดั้งเดิมอย่างเป็นระบบ
03
ข้อดีของการใช้งาน: การปรับปรุงคุณภาพและประสิทธิภาพอย่างมีนัยสำคัญ
หลักการสำคัญของการทำงานร่วมกันของอะคูสติก-ในท้ายที่สุดแปลเป็นการก้าวกระโดดที่สำคัญในด้านคุณภาพการเชื่อมและประสิทธิภาพของข้อต่อ เมื่อเปรียบเทียบกับการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบทั่วไป การเชื่อมด้วยเลเซอร์ด้วยการสั่นสะเทือนอัลตราโซนิก-แสดงให้เห็นข้อดีหลักสามประการในการจัดการกับปัญหาที่สำคัญในอุตสาหกรรม:
3.1 การลดข้อบกพร่องในการเชื่อม (ความพรุนและรอยแตก)
04
สรุป
ในฐานะวิธีการประมวลผลที่เป็นนวัตกรรมใหม่โดยใช้สนามพลังงานคอมโพสิต UVA-LW ไม่เพียงแต่ทำหน้าที่เป็นส่วนเสริมและเพิ่มประสิทธิภาพให้กับกระบวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบดั้งเดิมเท่านั้น แต่ยังช่วยแก้ไขความท้าทายหลักที่ยืนยาวหลายประการโดยพื้นฐานอีกด้วย ด้วยการควบรวมสนามพลังงานเสียงความถี่สูง-เข้ากับสระหลอมเหลวด้วยเลเซอร์อย่างแม่นยำ เทคโนโลยีนี้จึงบรรลุการแทรกแซงทางกายภาพเชิงลึกผ่าน "การทำงานร่วมกันของเสียง-ออพติก" ดังนั้นจึงทำให้เกิดการปรับปรุงคุณสมบัติของวัสดุอย่างครอบคลุม-ซึ่งครอบคลุมทั้งสายโซ่ตั้งแต่-การทำให้เฟสของเหลวบริสุทธิ์และการควบคุมโครงสร้างการแข็งตัวไปจนถึงการบรรเทาความเครียดในสถานะของแข็ง-
ในภาคส่วนต่างๆ เช่น ยานพาหนะพลังงานใหม่ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการเชื่อมต่อทองแดง-อะลูมิเนียมภายในแบตเตอรี่ที่ให้พลังงาน) การบินและอวกาศ (เกี่ยวข้องกับโลหะผสมที่มีน้ำหนักเบา ความแข็งแรงสูง- และโครงสร้างวัสดุที่แตกต่างกัน) และการผลิตที่มีความแม่นยำสูง-ขั้นสุดท้ายซึ่งกำหนดข้อกำหนดที่เข้มงวดมากขึ้นในการเข้าร่วมด้านคุณภาพ เทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์ด้วยการสั่นสะเทือนอัลตราโซนิก- แสดงให้เห็นถึงศักยภาพอันยิ่งใหญ่สำหรับการใช้งาน ทิศทางการวิจัยในอนาคตมีแนวโน้มที่จะมุ่งเน้นไปที่: 1) การเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานร่วมกันและการจับคู่พารามิเตอร์อัลตราโซนิกและเลเซอร์เพื่อให้สามารถเชื่อม "ปรับแต่ง" สำหรับวัสดุและการใช้งานเฉพาะ; 2) การบูรณาการเทคโนโลยีนี้เข้ากับการตรวจสอบออนไลน์และระบบควบคุมอัจฉริยะเพื่อให้บรรลุผลตอบรับแบบวงปิด-ในกระบวนการเชื่อม และรับประกันคุณภาพแบบเรียลไทม์- และ 3) การสำรวจการใช้งานเพิ่มเติมใน-สาขาคมตัด-เช่น การผลิตแบบเติมเนื้อ- เพื่อควบคุมความเค้นตกค้างและคุณสมบัติโครงสร้างจุลภาคในระหว่างกระบวนการพิมพ์ คาดการณ์ได้ว่าเทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์ที่ใช้แรงสั่นสะเทือนอัลตราโซนิก-จะพัฒนาไปไกลกว่าการเป็นเพียง "ตัวแก้ปัญหา-" และกลายเป็น "ตัวเพิ่มประสิทธิภาพ" ที่ขับเคลื่อนความก้าวหน้าของเทคโนโลยีการผลิต ดังนั้นจึงเป็นแนวทางที่เป็นไปได้ในการบรรลุ{16}}ประสิทธิภาพที่สูงขึ้นและการเชื่อมต่อวัสดุที่เชื่อถือได้มากขึ้น
