01
معرفی مقاله
سرامیکهای زیرکونیای تثبیتشده ایتریا (YSZ) بهدلیل نقطه ذوب بالا، سختی استثنایی و مقاومت در برابر خوردگی عالی، بهطور گسترده در زمینههای مهندسی-مانند پوششهای سد حرارتی و زیستپزشکی{2}}استفاده میشوند. روشهای سنتی اتصال سرامیکی (مثلاً لحیم کاری و پیوند انتشار) معمولاً مستلزم قرار دادن کل مجموعه در معرض عملیات حرارتی طولانیمدت در یک کوره با دمای{6} بالا هستند. این فرآیند می تواند عملکرد اجزای الکترونیکی کپسوله شده داخلی را به خطر بیندازد و اندازه نمونه های در حال پردازش به شدت توسط ابعاد محفظه کوره محدود می شود. در نتیجه، نیاز فوری به توسعه تکنیکهای اتصال سریع و موضعی وجود دارد که با ورودی حرارتی کم مشخص میشود. در حالی که جوشکاری لیزری فوق سریع مزیت متمایز ورودی حرارتی بسیار کم را ارائه می دهد، جوش مستقیم سرامیک های YSZ منجر به رسوب انرژی بسیار متمرکز می شود که باعث فرسایش شدید مواد می شود. این فرسایش بهصورت بریدگیهای مثلثی شکل تیز ظاهر میشود، که غلظتهای تنش قابلتوجهی را القا میکند و در نهایت منجر به استحکام مفصلی بهطور قابلتوجهی کمتر از استحکام ماده اصلی میشود.
02
**نمایش اجمالی متن کامل**
برای پرداختن به مسائل حیاتی فرسایش شدید و تمرکز تنش، این مطالعه یک روش جدید برای جوشکاری ذوبی سرامیکهای YSZ با استفاده از لیزر فوق سریع نوسانی پیشنهاد میکند. با کنترل لیزر فوق سریع برای نوسان در طول یک مسیر مشخص، این تکنیک ناحیه برهمکنش بین لیزر و بستر را گسترش میدهد و در نتیجه چگالی انرژی لیزر را در سطح مشترک پراکنده میکند. نتایج نشان میدهد که در مقایسه با جوش مستقیم، جوش نوسانی، بریدگیهای ابلیشن تیز را به بریدگیهای صاف و انگشتی تبدیل میکند و باعث ایجاد ساختار دانهای منحنی ستونی در ناحیه همجوشی میشود و در نتیجه خواص مکانیکی اتصال را به طور قابلتوجهی افزایش میدهد. علاوه بر این، برای غلبه بر مسئله عمق نفوذ ناکافی مرتبط با جوش-یک طرفه، این مطالعه با موفقیت یک تکنیک جوشکاری نوسانی دو طرفه- را اجرا کرد. این روش به جوشکاری با ضخامت کامل و بدون نقص نفوذ ناقص دست یافت که منجر به بهبود قابل توجه بیشتر در استحکام خمشی چهار نقطه- اتصال شد.
03
**تحلیل مصور**
شکل 1 اصول فرآیند جوشکاری لیزری فوق سریع نوسانی و اثرات مفید آن بر روی ماکرو- و میکرو-مورفولوژی اتصالات حاصل را نشان میدهد. در طول فرآیند جوشکاری، نمونه بر روی یک سکوی حرکتی -کنترل شده با سه محور (XYZ) رایانه قرار می گیرد. در حالی که پرتو لیزر به صورت خطی در امتداد محور Y- عبور می کند، به طور همزمان تحت یک نوسان جانبی در امتداد محور X به دنبال یک شکل موج مثلثی قرار می گیرد (شکل. 1a و 1b). این توزیع مجدد انرژی از طریق نوسان، بریدگیهای تیز مثلثی شکل-که معمولاً در طول جوشکاری مستقیم (غیر{12}}نوسانی) (شکل{. 1-c1)-بهصورت نرمتر و انگشتی{16}}تبدیل میشوند (شکل{17}}بهطور مؤثری در این مکانها تمرکز میکنند). از نظر ریزساختار، عمل همزن لیزر نوسانی بر روی حوضچه مذاب باعث ایجاد ساختارهای منحنی ستونی در داخل مفصل میشود که به موازات مسیر نوسان لیزر قرار دارند (شکل{19}}). مورفولوژی شکست ناحیه همجوشی (منطقه II) (شکل{21}}د) بیشتر نشان میدهد که، تحت بارگذاری مکانیکی، این دانههای ستونی مواج و دراز تمایل دارند در امتداد مرزهای دانهها و سطوح برش شکسته شوند. همانطور که ترک ها در امتداد این مرزهای دانه های منحنی منتشر می شوند، مجبور هستند دائما جهت خود را تغییر دهند. این به طور قابل توجهی هم سطح انتشار ترک و هم انرژی مورد نیاز برای شکست را افزایش می دهد و در نتیجه خواص مکانیکی اتصال را به طور قابل توجهی افزایش می دهد.
شکل 2 به طور جامع تفاوت های ریزساختاری بین اتصالات تولید شده از طریق جوشکاری لیزر فوق سریع نوسانی یک طرفه و دو طرفه و همچنین تأثیر این تفاوت ها بر مقاومت خمشی چهار نقطه ای را نشان می دهد. شکل 2a، مقطع و مورفولوژی شکست یک اتصال جوش داده شده با استفاده از تکنیک نوسان یک طرفه با توان لیزر 900 میلیوات و سرعت جوشکاری 0.1 میلیمتر بر ثانیه را نشان میدهد. از آنجا که تکنیک نوسان یک طرفه{11} انرژی لیزر را پراکنده می کند، عمق مذاب به طور قابل توجهی کاهش می یابد. در نتیجه، جوشکاری کامل{12}}ضخامت حاصل نمیشود و نواحی غیرپیوندی مشخصی در محل اتصال باقی میماند. تحت بار اعمال شده، این نواحی نفوذ نشده باعث ایجاد غلظت های شدید تنش می شوند و در نتیجه هرگونه بهبود بیشتر در خواص مکانیکی اتصال را محدود می کنند. استراتژی جوشکاری نوسانی دو طرفه-که به طور خاص برای غلبه بر این تنگنا معرفی شده است{17}}بهطور قابل ملاحظهای مؤثر بوده است. همانطور که در شکل 2b نشان داده شده است، تحت پارامترهای پردازش یکسان، تکنیک جوشکاری دو طرفه با موفقیت به همجوشی کامل اتصال دست یافت، به طور موثری غلظت تنش ناشی از نواحی غیرپیوندی را حذف کرد و به طور قابل توجهی ناحیه پیوند موثر اتصال را افزایش داد. مقایسه ویژگی های مکانیکی ارائه شده در شکل 2c تایید بصری افزایش قابل توجه استحکام ناشی از این پیشرفت های مورفولوژیکی را ارائه می دهد. برای جوشکاری یک طرفه، حداکثر مقاومت 53.9 مگاپاسکال در سرعت جوش 0.05 میلیمتر بر ثانیه به دست آمد. برعکس، هنگام استفاده از تکنیک جوش دو طرفه، حداکثر مقاومت خمشی 56.2 مگاپاسکال با سرعت 0.10 میلیمتر بر ثانیه{30} به دست آمد که نشاندهنده بهبودی 102.2 درصدی نسبت به جوش مستقیم است. این به طور قطعی مزایای تعیین کننده جوشکاری نوسانی دو طرفه را در از بین بردن عیوب داخلی و افزایش عملکرد مکانیکی کلی اتصالات سرامیکی نشان می دهد.
