ກົນໄກການສ້າງຕົວ ແລະ ມາດຕະການສະກັດກັ້ນຮອຍແຕກແຂງຕົວໃນການເຊື່ອມດ້ວຍເລເຊີ

ການເຊື່ອມໂລຫະດ້ວຍເລເຊີ, ດ້ວຍຄວາມໄວສູງ, ຄວາມແມ່ນຍໍາສູງ ແລະ ລັກສະນະທີ່ບໍ່ຕິດຕໍ່, ຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນຂົງເຂດຕ່າງໆເຊັ່ນ: ລົດຍົນ, ການບິນອະວະກາດ, ແລະ ອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກ, ໂດຍສະເພາະແມ່ນສະແດງໃຫ້ເຫັນຂໍ້ໄດ້ປຽບທີ່ເປັນເອກະລັກໃນການເຊື່ອມຕໍ່ວັດສະດຸທີ່ແຕກຕ່າງກັນ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ຮອຍແຕກແຂງຕົວ (Solidification Cracking) ທີ່ເກີດຂຶ້ນໃນລະຫວ່າງຂະບວນການເຊື່ອມແມ່ນໜຶ່ງໃນຂໍ້ບົກຜ່ອງທີ່ສໍາຄັນທີ່ຈໍາກັດການນໍາໃຊ້ອຸດສາຫະກໍາຂອງມັນ. ຮອຍແຕກເຫຼົ່ານີ້ມັກຈະເກີດຂຶ້ນໃນຕອນທ້າຍຂອງການແຂງຕົວໃນເຂດປະສົມ (Fusion Zone), ເຊິ່ງເກີດຈາກຜົນກະທົບລວມຂອງຄວາມກົດດັນທາງຄວາມຮ້ອນ, ການຫົດຕົວແຂງຕົວ ແລະ ຟິມແຫຼວໃນຂອບເຂດຂອງເມັດ, ເຊິ່ງຫຼຸດຜ່ອນຄຸນສົມບັດທາງກົນຈັກ ແລະ ອາຍຸການໃຊ້ງານທີ່ອ່ອນເພຍຂອງຂໍ້ຕໍ່ຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ.

1. ກົນໄກການສ້າງ

ກົນໄກຫຼັກຂອງຮອຍແຕກຂອງການແຂງຕົວແມ່ນຢູ່ໃນຟິມແຫຼວທີ່ເຫຼືອຢູ່ບໍລິເວນຂອບເຂດຂອງເມັດໃນຕອນທ້າຍຂອງການແຂງຕົວ. ໃນລະຫວ່າງຂະບວນການແຂງຕົວ, ບໍລິເວນທີ່ລະລາຍຈະຖືກແບ່ງອອກເປັນສາມເຂດຄື: ເຂດຂອງແຫຼວອິດສະຫຼະ, ເຂດຂອງແຫຼວທີ່ຖືກຈຳກັດ, ແລະ ເຂດຂອງແຂງ, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 1. ໃນເຂດຂອງແຫຼວທີ່ຖືກຈຳກັດ, ການໄຫຼຂອງແຫຼວຈະຖືກອຸດຕັນ ແລະ ບໍ່ສາມາດຊົດເຊີຍຄວາມເຄັ່ງຕຶງທີ່ເກີດຈາກການຫົດຕົວຂອງການແຂງຕົວ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ເກີດການແຍກອອກຈາກກັນຂອງຂອບເຂດຂອງເມັດ. ອັດຕາສ່ວນຂອງພະລັງງານຂອບເຂດຂອງເມັດ (γgb) ຕໍ່ພະລັງງານເຊື່ອມຕໍ່ຂອງແຂງ-ແຫຼວ (γsl) ກຳນົດຄວາມໝັ້ນຄົງຂອງຟິມແຫຼວ: ຖ້າ γgb < 2γsl, ຟິມແຫຼວຈະບໍ່ໝັ້ນຄົງ ແລະ ການລວມຕົວຂອງເມັດຈະເກີດຂຶ້ນ; ໃນທາງກັບກັນ, ຟິມແຫຼວຈະໝັ້ນຄົງ ແລະ ການເລີ່ມຕົ້ນຮອຍແຕກມັກຈະເກີດຂຶ້ນ.

ນອກຈາກນັ້ນ, ການສ້າງຮອຍແຕກແຂງຕົວຍັງກ່ຽວຂ້ອງກັບຄຸນສົມບັດທາງໂລຫະຂອງວັດສະດຸ. ວັດສະດຸທີ່ແຕກຕ່າງກັນມີລັກສະນະການແຂງຕົວທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, ເຊັ່ນ: ຊ່ວງອຸນຫະພູມຂອງການແຂງຕົວ, ອັດຕາການຫົດຕົວຂອງການແຂງຕົວ, ແລະ ການແຈກຢາຍຂອງອົງປະກອບໂລຫະປະສົມ, ແລະອື່ນໆ. ລັກສະນະເຫຼົ່ານີ້ມີອິດທິພົນຕໍ່ຄວາມອ່ອນໄຫວຂອງຮອຍແຕກ. ຕົວຢ່າງ, ໃນວັດສະດຸທີ່ມີຈຳນວນຫຼວງຫຼາຍຂອງໄລຍະຢູເທັກຕິກຈຸດລະລາຍຕ່ຳ, ຄວາມອ່ອນໄຫວຂອງຮອຍແຕກແຂງຕົວແມ່ນສູງກວ່າ ເພາະວ່າໄລຍະຢູເທັກຕິກເຫຼົ່ານີ້ມີແນວໂນ້ມທີ່ຈະສ້າງຟິມແຫຼວຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງໃນລະຫວ່າງການແຂງຕົວ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງເຮັດໃຫ້ການສ້າງຮອຍແຕກຮຸນແຮງຂຶ້ນ.

ໃນລະຫວ່າງຂະບວນການເຊື່ອມໂລຫະດ້ວຍເລເຊີ, ພາລາມິເຕີການເຊື່ອມເຊັ່ນ: ພະລັງງານເລເຊີ, ຄວາມໄວໃນການເຊື່ອມ, ແລະ ຂະໜາດຂອງຈຸດຍັງມີຜົນກະທົບຕໍ່ການສ້າງຮອຍແຕກແຂງຕົວ. ພາລາມິເຕີເຫຼົ່ານີ້ມີຜົນກະທົບຕໍ່ການປ້ອນຄວາມຮ້ອນ ແລະ ການປ່ຽນແປງຂອງອຸນຫະພູມໃນລະຫວ່າງຂະບວນການເຊື່ອມ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງປ່ຽນແປງໂຄງສ້າງການແຂງຕົວ ແລະ ຮູບຮ່າງຂອງເມັດ. ຕົວຢ່າງ, ພະລັງງານເລເຊີທີ່ສູງຂຶ້ນ ແລະ ຄວາມໄວໃນການເຊື່ອມທີ່ຕ່ຳກວ່າເຮັດໃຫ້ການປ້ອນຄວາມຮ້ອນສູງຂຶ້ນ ແລະ ອັດຕາການເຮັດຄວາມເຢັນຊ້າລົງ, ເຊິ່ງສົ່ງເສີມການເຕີບໂຕຂອງຜລຶກຮູບເສົາ ແລະ ເພີ່ມຄວາມອ່ອນໄຫວຕໍ່ຮອຍແຕກ. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ພະລັງງານເລເຊີທີ່ຕ່ຳກວ່າ ແລະ ຄວາມໄວໃນການເຊື່ອມທີ່ສູງຂຶ້ນເຮັດໃຫ້ການປ້ອນຄວາມຮ້ອນນ້ອຍລົງ ແລະ ອັດຕາການເຮັດຄວາມເຢັນໄວຂຶ້ນ, ອຳນວຍຄວາມສະດວກໃຫ້ແກ່ການສ້າງຜລຶກທີ່ມີຮູບຮ່າງເທົ່າກັນ ແລະ ຫຼຸດຜ່ອນຄວາມອ່ອນໄຫວຕໍ່ຮອຍແຕກ.

2. ມາດຕະການສະກັດກັ້ນ

ເພື່ອສະກັດກັ້ນຮອຍແຕກຂອງການແຂງຕົວຢ່າງມີປະສິດທິພາບການເຊື່ອມໂລຫະດ້ວຍເລເຊີ, ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ສະເໜີຍຸດທະສາດຕ່າງໆ, ເຊິ່ງສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນສຸມໃສ່ການຄວບຄຸມໂຄງສ້າງເມັດ, ການເພີ່ມປະສິດທິພາບຂອງຕົວກໍານົດການເຊື່ອມ, ແລະການປັບປຸງຄຸນສົມບັດຂອງວັດສະດຸ. ໂດຍການປັບປຸງໂຄງສ້າງເມັດ, ຈໍານວນຂອບເຂດເມັດສາມາດເພີ່ມຂຶ້ນ, ແລະຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງຄວາມກົດດັນສາມາດຫຼຸດລົງ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງຊ່ວຍຫຼຸດຜ່ອນການເກີດຂອງຮອຍແຕກ. ການສຶກສາໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າໂດຍການໃຊ້ເຕັກໂນໂລຊີການສັ່ນສະເທືອນຂອງລໍາແສງເລເຊີ, ໄປເຊຍກັນເສົາສາມາດຖືກປ່ຽນເປັນໄປເຊຍກັນທີ່ມີຮູບຮ່າງເທົ່າທຽມກັນໂດຍບໍ່ຕ້ອງເພີ່ມວັດສະດຸອື່ນໆ. ການສັ່ນສະເທືອນຂອງລໍາແສງເລເຊີສາມາດກະຈາຍພະລັງງານເລເຊີ, ເຮັດໃຫ້ສະລອຍນໍ້າທີ່ລະລາຍສ້າງຄວາມວຸ້ນວາຍ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງທໍາລາຍທິດທາງການເຕີບໂຕຂອງໄປເຊຍກັນເສົາແລະສົ່ງເສີມການສ້າງໄປເຊຍກັນທີ່ມີຮູບຮ່າງເທົ່າທຽມກັນ, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 3. ນອກຈາກນັ້ນ, ການສັ່ນສະເທືອນຂອງລໍາແສງເລເຊີຍັງສາມາດເພີ່ມຄວາມກວ້າງຂອງສະລອຍນໍ້າທີ່ລະລາຍ, ຫຼຸດຜ່ອນການປ່ຽນແປງຂອງອຸນຫະພູມ, ແລະຍືດເວລາການແຂງຕົວຂອງສະລອຍນໍ້າທີ່ລະລາຍ, ເຊິ່ງເອື້ອອໍານວຍໃຫ້ແກ່ການແຜ່ກະຈາຍຂອງຕົວລະລາຍແລະການເຕີມເຕັມຂອງຟິມແຫຼວ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງຊ່ວຍຫຼຸດຜ່ອນຄວາມອ່ອນໄຫວຂອງຮອຍແຕກທີ່ແຂງຕົວໄດ້ຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ.

ການແຜ່ກະຈາຍຂອງຟິມແຫຼວເຂດແດນຂອງເມັດພືດພາຍໃຕ້ຮູບຮ່າງຂອງສະລອຍນ້ຳທີ່ແຕກຕ່າງກັນ.

ແຜນວາດສະແດງຂອງສະລອຍນ້ຳທີ່ລະລາຍແລ້ວຂອງການເຊື່ອມ, a, b) ໂດຍບໍ່ມີການສັ່ນ, c, d) ການສັ່ນຂ້າງ, e, f) ການສັ່ນຕາມລວງຍາວ, g, h) ການສັ່ນຮອບວົງ.

ນອກເໜືອໄປຈາກລັງສີເລເຊີເຕັກໂນໂລຊີການສັ່ນສະເທືອນ, ການໃຊ້ແຫຼ່ງເລເຊີຄູ່ກໍ່ເປັນວິທີໜຶ່ງທີ່ມີປະສິດທິພາບໃນການສະກັດກັ້ນຮອຍແຕກແຂງຕົວ. ແຫຼ່ງເລເຊີຄູ່ສາມາດບັນລຸການຫັນປ່ຽນຈາກຜລຶກຮູບເສົາໄປເປັນຜລຶກຮູບເທົ່າກັນໂດຍການເພີ່ມປະສິດທິພາບຂອງວົງຈອນຄວາມຮ້ອນ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງຫຼຸດຜ່ອນຂະໜາດເມັດພືດແລະຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງຄວາມເຄັ່ງຕຶງ. ຕົວຢ່າງ, ເມື່ອໃຊ້ເລເຊີ CO₂ ເປັນແຫຼ່ງຄວາມຮ້ອນຫຼັກ ແລະ ເລເຊີພະຍຸ Nd:YAG ເປັນແຫຼ່ງຄວາມຮ້ອນເສີມ, ວົງຈອນຄວາມຮ້ອນທີ່ດີທີ່ສຸດສາມາດສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນໃນລະຫວ່າງການເຊື່ອມ, ສົ່ງເສີມການສ້າງຜລຶກຮູບເທົ່າກັນ ແລະ ຫຼຸດຜ່ອນຄວາມອ່ອນໄຫວຂອງຮອຍແຕກແຂງຕົວ, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 4.

ການເພີ່ມປະສິດທິພາບຂອງຕົວກໍານົດການເຊື່ອມຍັງເປັນວິທີທີ່ສໍາຄັນໃນການສະກັດກັ້ນຮອຍແຕກຂອງການແຂງຕົວ. ໂດຍການປັບຕົວກໍານົດການເຊັ່ນ: ພະລັງງານເລເຊີ, ຄວາມໄວໃນການເຊື່ອມ, ແລະຂະໜາດຂອງຈຸດ, ການປ້ອນຄວາມຮ້ອນ ແລະ ການປ່ຽນແປງຂອງອຸນຫະພູມໃນລະຫວ່າງຂະບວນການເຊື່ອມສາມາດຄວບຄຸມໄດ້, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງມີອິດທິພົນຕໍ່ໂຄງສ້າງການແຂງຕົວ ແລະ ຮູບຮ່າງຂອງເມັດ. ການສຶກສາໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າການໃຫ້ຄວາມຮ້ອນກ່ອນສາມາດຫຼຸດອັດຕາການເຮັດໃຫ້ເຢັນລົງ, ສົ່ງເສີມການສ້າງຜລຶກທີ່ມີແກນດຽວກັນ, ແລະ ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງຫຼຸດຜ່ອນຄວາມອ່ອນໄຫວຂອງຮອຍແຕກຂອງການແຂງຕົວ, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 5. ນອກຈາກນັ້ນ, ວິທີການຕ່າງໆເຊັ່ນ: ການໃຊ້ການເຊື່ອມເລເຊີແບບກະພິບ ແລະ ການເພີ່ມຄວາມໄວໃນການເຊື່ອມຍັງສາມາດບັນລຸການຫັນປ່ຽນຈາກຜລຶກຮູບເສົາໄປເປັນຜລຶກທີ່ມີແກນດຽວກັນໂດຍການປ່ຽນແປງການປ້ອນຄວາມຮ້ອນ ແລະ ອັດຕາການເຮັດໃຫ້ເຢັນລົງ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງຫຼຸດຜ່ອນຄວາມອ່ອນໄຫວຂອງຮອຍແຕກ.

ຮູບທີ 5. ກ) ບໍ່ຮ້ອນ, ຂ) ເມັດພືດທີ່ອົບໄວ້ກ່ອນແລ້ວທີ່ອຸນຫະພູມ 300°C.

ເມື່ອເຊື່ອມວັດສະດຸທີ່ແຕກຕ່າງກັນດ້ວຍເລເຊີ, ເນື່ອງຈາກຄວາມແຕກຕ່າງທີ່ສຳຄັນໃນຄຸນສົມບັດທາງກາຍະພາບ ແລະ ເຄມີລະຫວ່າງວັດສະດຸ, ສານປະກອບລະຫວ່າງໂລຫະທີ່ແຕກງ່າຍມັກຈະເກີດຂຶ້ນ, ເຊິ່ງເປັນສາເຫດຫຼັກອັນໜຶ່ງຂອງຮອຍແຕກແຂງຕົວ. ດັ່ງນັ້ນ, ການປັບຕົວກຳນົດ ແລະ ການຕັ້ງຄ່າເລເຊີເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນການສ້າງ ຫຼື ປະລິມານຂອງສານປະກອບລະຫວ່າງໂລຫະກໍ່ເປັນຍຸດທະສາດທີ່ສຳຄັນເພື່ອສະກັດກັ້ນຮອຍແຕກແຂງຕົວ. ຕົວຢ່າງ, ໃນການເຊື່ອມດ້ວຍເລເຊີຂອງວັດສະດຸທີ່ແຕກຕ່າງກັນດ້ວຍທອງແດງ-ອາລູມິນຽມ, ໂດຍການຄວບຄຸມການຊົດເຊີຍຂອງລຳແສງເລເຊີ ແລະ ຄວາມໄວໃນການເຊື່ອມ, ອັດຕາສ່ວນການປະສົມຂອງທອງແດງ ແລະ ອາລູມິນຽມໃນສະລອຍນ້ຳທີ່ລະລາຍສາມາດຫຼຸດລົງໄດ້, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງຫຼຸດຜ່ອນການສ້າງສານປະກອບລະຫວ່າງໂລຫະທີ່ແຕກງ່າຍ ແລະ ຫຼຸດຜ່ອນຄວາມອ່ອນໄຫວຂອງຮອຍແຕກ. ນອກຈາກນັ້ນ, ການໃຊ້ວັດສະດຸເຕີມຍັງສາມາດປັບປຸງປະສິດທິພາບຂອງຂໍ້ຕໍ່ທີ່ເຊື່ອມ ແລະ ຫຼຸດຜ່ອນການສ້າງຮອຍແຕກ. ວັດສະດຸເຕີມສາມາດຫຼຸດຜ່ອນການສ້າງສານປະກອບລະຫວ່າງໂລຫະໂດຍການປ່ຽນແປງອົງປະກອບ ແລະ ໂຄງສ້າງຈຸນລະພາກຂອງຂໍ້ຕໍ່ທີ່ເຊື່ອມ ແລະ ປັບປຸງຄວາມທົນທານຂອງຂໍ້ຕໍ່ທີ່ເຊື່ອມ.

ຮອຍແຕກແຂງຕົວແມ່ນໜຶ່ງໃນຂໍ້ບົກຜ່ອງທົ່ວໄປໃນຂະບວນການເຊື່ອມໂລຫະດ້ວຍເລເຊີ. ກົນໄກການສ້າງຕົວມັນເອງມີຄວາມສັບສົນ ແລະ ກ່ຽວຂ້ອງກັບການພົວພັນຂອງຫຼາຍປັດໃຈເຊັ່ນ: ຄວາມຮ້ອນ, ກົນຈັກ, ແລະ ໂລຫະວິທະຍາ. ໂດຍການສຶກສາຢ່າງເລິກເຊິ່ງກ່ຽວກັບກົນໄກການສ້າງຕົວຂອງຮອຍແຕກແຂງຕົວ, ພື້ນຖານທາງທິດສະດີສາມາດສະໜອງໄດ້ສຳລັບການສະກັດກັ້ນຮອຍແຕກ. ໃນຊຸມປີມໍ່ໆມານີ້, ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ສະເໜີຍຸດທະສາດຕ່າງໆເພື່ອສະກັດກັ້ນຮອຍແຕກແຂງຕົວ, ເຊິ່ງສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນສຸມໃສ່ການຄວບຄຸມໂຄງສ້າງເມັດ, ການເພີ່ມປະສິດທິພາບຂອງຕົວກໍານົດການເຊື່ອມ, ແລະ ການປັບປຸງຄຸນສົມບັດຂອງວັດສະດຸ. ການປະຕິບັດໄດ້ພິສູດວ່າຍຸດທະສາດເຫຼົ່ານີ້ສາມາດຫຼຸດຜ່ອນຄວາມອ່ອນໄຫວຂອງຮອຍແຕກແຂງຕົວໄດ້ຢ່າງມີປະສິດທິພາບໃນລະດັບໜຶ່ງ ແລະ ປັບປຸງຄຸນນະພາບ ແລະ ຄວາມໜ້າເຊື່ອຖືຂອງການເຊື່ອມໂລຫະດ້ວຍເລເຊີ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ເນື່ອງຈາກຄວາມສັບສົນ ແລະ ຄວາມຫຼາກຫຼາຍຂອງຂະບວນການເຊື່ອມໂລຫະດ້ວຍເລເຊີ, ຍັງມີຂໍ້ບົກຜ່ອງບາງຢ່າງໃນການຄົ້ນຄວ້າໃນປະຈຸບັນ. ຕົວຢ່າງ, ສຳລັບກົນໄກການຍັບຍັ້ງຂອງຮອຍແຕກແຂງຕົວພາຍໃຕ້ວັດສະດຸ ແລະ ເງື່ອນໄຂການເຊື່ອມທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, ຍັງຕ້ອງການການຄົ້ນຄວ້າຢ່າງເລິກເຊິ່ງຕື່ມອີກ.