Figur 1MHz röntgenbilder av metallstänk av Ti-6Al-4V under laserbehandling. Fyra händelser kan extraheras. Händelse nr. 01 (himmelblå streckade rektanglar):Ett utstick bildas vid den övre ytan och rinner ner längs den främre nyckelhålsväggen, åtföljd av nyckelhålsmorfologin som ändras från en J-liknande form till en omvänd triangelliknande form. Händelse nr. 02 (lila streckade rektanglar):Följande utstickande visas, växer, och kollapsar runt nyckelhålets horisontella mitt. Ett minikeyhål ovanpå utskjutningen skisseras av en ljusgul streckad kurva. Händelse nr. 03 (mörkblå pilar):Den lokala krökningen på den bakre nyckelhålsväggen ändras. Händelse nr. 04 (ljusgröna streckade och fasta rektanglar):Smältband bildas, förlänga, och dela upp i stänk (ljusgröna streckade cirklar numrerade SP01 – SP05). En separat händelse KP (himmelblå fasta rektanglar) beskriver bildandet och försvinnandet av en nyckelhålspor. Laserstrålen skannar från vänster till höger, med punktstorlek på cirka 80μm (1/e2), effekt på 210 W, och skanningshastighet på 500 mm/s. Bildhastigheten är 1,087 × 10^6 bilder per sekund, synkroniseras med röntgenpulserna. Varje enskild bild genereras av en enda röntgenpuls (pulsbredd cirka 100 ps). Alla bilder som visas här är bakgrundskorrigerade med bilderna som samlats in innan lasern smälter. Kontrasten vänds sedan för att markera händelserna runt nyckelhålet. Ram-för-ram-bilder såväl som schematiska illustrationer dokumenteras i tilläggsmaterialet Fig. S3 och S4 och Video S2 [6].
Mikroskopiska defekter som uppstår vid laserbaserad tillverkning av metalldelar kan leda till stora problem om de inte upptäcks, och processen för att åtgärda dessa brister kan öka tiden och kostnaden för högteknologisk tillverkning. Men ny forskning om orsaken till dessa brister kan leda till ett botemedel.
Forskare från Missouri S&T, Argonne National Laboratory och University of Utah skapade höghastighets röntgenfilmer av ett tillverkningsfenomen som kallas laserspridning. Lasersprutning avser utstötning av smält metall från en pool som värms upp av en högeffektslaser under laserbaserade tillverkningsprocesser, såsom lasersvetsning och laseradditiv tillverkning. Dessa lasertillverkningstekniker används för att tillverka delar för användning i en mängd olika industrier, inklusive flyg, bilindustrin, sjukvård och konstruktion.
Forskarna beskriver sina fynd i en artikel publicerad idag (fredag, 14 juni kl. 2019) i tidningen Fysisk granskning X .
Använda röntgenbild, forskarna fångade det sprutande beteendet hos en titanlegering känd som Ti-6Al-4V under tillverkningen. Deras mikroskopiska filmer avslöjar "en ny mekanism för laserspridning-massexplosionen av ett tungliknande utsprång" som bildas i ett område av metallen, säger forskarna i sitt papper, med titeln "Bulkexplosion orsakade metallstänk under laserbearbetning."
] "Den nyupptäckta mekanismen kommer att styra utvecklingen av tillvägagångssätt för att mildra defektbildning i svetsar och ytterligare tillverkade delar, "säger Dr Lianyi Chen, biträdande professor i maskin- och rymdteknik vid Missouri S&T och en av tidningens motsvarande författare.
Dr Lianyi Chen, Missouri S&T biträdande professor i maskin- och rymdteknik, i hans labb. Foto av Sam O’Keefe/Missouri S&T
Chen samarbetade med Dr Tao Suns team vid Argonne National Laboratory och Dr Wenda Tans team vid University of Utah om forskningen. Gruppen skapade bilderna med hjälp av en hög-energi synkrotronröntgen på Argonne National Lab tillsammans med bildanalys och numeriska simuleringar. Forskare vid Argonne-anläggningen använder röntgenspridningstekniker för att studera material.
"Den höga penetrationskraften hos hårda röntgenstrålar och höga upplösningar för bildtekniken möjliggör oss, för första gången någonsin, för att ansluta sprutbeteendet över ytan med dynamik under ytan och inuti titanprovet, "Säger Chen.
