Laser izpien soldadura, abiadura handikoa, zehaztasun handikoa eta kontakturik gabeko ezaugarriak dituenez, automobilgintza, aeroespaziala eta gailu elektronikoak bezalako arloetan asko erabiltzen da, batez ere material desberdinen konexioan abantaila bereziak erakutsiz. Hala ere, soldadura prozesuan sortzen diren solidotze-arrailak (Solidifikazio-Pitzadurak) bere aplikazio industriala mugatzen duten akats nagusietako bat dira. Arraildura hauek normalean solidotzearen amaieran gertatzen dira fusio-eremuan (Fusio Eremua), tentsio termikoaren, solidotze-uzkurduraren eta ale-mugetan dagoen likido-filmaren efektu konbinatuen ondorioz, junturaren propietate mekanikoak eta nekearen iraupena nabarmen murriztuz.
1. Eraketa-mekanismoa
Solidifikazio-arrailduren mekanismo nagusia solidifikazioaren amaieran ale-mugetan geratzen den likido-filmean datza. Solidifikazio-prozesuan, urtutako igerilekua hiru zonatan banatzen da: likido-zona librea, likido-zona mugatua eta zona solidoa, 1. irudian erakusten den bezala. Likido-zona mugatuan, likido-fluxua blokeatuta dago eta ezin du solidifikazio-uzkurdurak sortutako tentsioa konpentsatu, eta horrek ale-mugaren bereizketa eragiten du. Ale-mugako energiaren (γgb) eta solido-likido interfazearen energiaren (γsl) arteko erlazioak likido-filmaren egonkortasuna zehazten du: γgb < 2γsl bada, likido-filma ezegonkorra da eta ale-koaleszentzia gertatzen da; alderantziz, likido-filma egonkorra da eta pitzadurak hasteko joera handiagoa dago.
Gainera, solidotze-arrailduren eraketa materialen propietate metalurgikoekin ere lotuta dago. Material ezberdinek solidotze-ezaugarri desberdinak dituzte, hala nola solidotze-tenperatura-tartea, solidotze-uzkurdura-tasa eta aleazio-elementuen banaketa, etab. Ezaugarri hauek pitzaduren sentikortasunean eragiten dute. Adibidez, urtze-puntu baxuko fase eutektiko kopuru handia duten materialetan, solidotze-arrailduren sentikortasuna handiagoa da, fase eutektiko horiek solidotzean zehar likido-film jarraituak sortzeko joera baitute, eta horrela pitzaduren eraketa areagotzen dute.
Zeharlaser bidezko soldadura prozesua, soldadura-parametroek, hala nola laser potentziak, soldadura-abiadurak eta puntuaren tamainak, eragina dute solidotze-pitzaduren eraketan. Parametro hauek soldadura-prozesuan zehar bero-sarreran eta tenperatura-gradientean eragiten dute, eta horrela solidotze-egitura eta aleen morfologia aldatzen dituzte. Adibidez, laser potentzia handiagoak eta soldadura-abiadura txikiagoak bero-sarrera handiagoa eta hozte-abiadura motelagoa eragiten dute, eta horrek kristal zutabedunen hazkuntza sustatzen du eta pitzadurarekiko sentikortasuna handitzen du. Alderantziz, laser potentzia txikiagoak eta soldadura-abiadura handiagoak bero-sarrera txikiagoa eta hozte-abiadura azkarragoa eragiten dute, kristal ekuiaxialen eraketa erraztuz eta pitzadurarekiko sentikortasuna murriztuz.
2. Zapaltze neurriak
Solidotze-arraildurak eraginkortasunez kentzekolaser bidezko soldadura, ikertzaileek hainbat estrategia proposatu dituzte, batez ere ale-egitura kontrolatzean, soldadura-parametroak optimizatzean eta materialen propietateak hobetzean oinarritzen direnak. Ale-egitura finduz, ale-mugen kopurua handitu daiteke, eta tentsio-kontzentrazioa murriztu, eta horrela pitzadurak sortzea murriztu. Ikerketek erakutsi dute laser izpien oszilazio-teknologia erabiliz, kristal zutabedunak kristal ekuiardatz finetan eraldatu daitezkeela beste material batzuk gehitu gabe. Laser izpien oszilazioek laser-energia barreiatu dezakete, urtutako igerilekuak turbulentzia sortzea eraginez, eta horrela kristal zutabedunen hazkunde-norabidea hautsiz eta kristal ekuiardatzen eraketa sustatuz, 3. irudian erakusten den bezala. Horrez gain, laser izpien oszilazioek urtutako igerilekuaren zabalera handitu, tenperatura-gradientea murriztu eta urtutako igerilekuaren solidotze-denbora luzatu dezakete, eta horrek solutuen difusioa eta likido-filmak berriz hornitzea errazten du, eta horrela solidotze-pitzaduren sentikortasuna nabarmen murriztu.
Ale-mugako likido-filmen banaketa igerileku-forma desberdinen pean.
Soldadurako urtutako igerilekuaren eskema, a, b) oszilaziorik gabe, c, d) alboko oszilazioa, e, f) luzetarako oszilazioa, g, h) zirkunferentziazko oszilazioa.
Horrez gainlaser izpiOszilazio-teknologia, laser iturri bikoitzak erabiliz, solidotze-arrailak kentzeko metodo eraginkorrenetako bat da. Laser iturri bikoitzek kristal zutabedunetatik kristal ekuiaxialetara eraldatzea lor dezakete ziklo termikoa optimizatuz, eta horrela aleen tamaina eta tentsio-kontzentrazioa murriztuz. Adibidez, CO₂ laserra bero-iturri nagusi gisa eta Nd:YAG laser pultsatua bero-iturri laguntzaile gisa erabiltzen direnean, ziklo termiko optimizatu bat sor daiteke soldaduran zehar, kristal ekuiaxialen eraketa sustatuz eta solidotze-arrailen sentikortasuna murriztuz, 4. irudian erakusten den bezala.
Soldadura-parametroak optimizatzea ere bide garrantzitsua da solidotze-pitzadurak kentzeko. Laser-potentzia, soldadura-abiadura eta puntu-tamaina bezalako parametroak doituz, soldadura-prozesuan zehar sortzen den bero-sarrera eta tenperatura-gradientea kontrola daitezke, eta horrela solidotze-egitura eta ale-morfologian eragina izan. Ikerketek erakutsi dute aurreberotze-tratamenduak hozte-abiadura murriztu dezakeela, kristal ekuiaxialen eraketa sustatu eta, horrela, solidotze-pitzaduren sentikortasuna murriztu dezakeela, 5. irudian erakusten den bezala. Horrez gain, pultsu bidezko laser soldadura erabiltzea eta soldadura-abiadura handitzea bezalako metodoek ere kristal zutabedunetatik kristal ekuiaxialetara eraldatzea lor dezakete, bero-sarrera eta hozte-abiadura aldatuz, eta horrela, pitzaduren sentikortasuna murriztuz.
5. irudia. a) Berotu gabe, b) 300 °C-tan aurrez berotutako ale ekuiaxialak.
Material desberdinak laserrez soldatzean, materialen arteko propietate fisiko eta kimikoen arteko alde nabarmenak direla eta, konposatu intermetaliko hauskorrak sortzeko joera dute, eta horiek dira solidotze-arrailduren arrazoi nagusietako bat. Beraz, laser-parametroak eta ezarpenak doitzea konposatu intermetalikoen eraketa edo kantitatea murrizteko ere estrategia garrantzitsua da solidotze-arrailduak kentzeko. Adibidez, kobre-aluminio materialen laser bidezko soldaduran, laser izpiaren desplazamendua eta soldadura-abiadura kontrolatuz, kobrearen eta aluminioaren nahasketa-erlazioa murriztu daiteke urtutako putzuan, eta horrela konposatu intermetaliko hauskorren eraketa gutxitu eta arrailduren sentikortasuna murriztu. Gainera, betegarri-materialak erabiltzeak soldatutako junturaren errendimendua hobetu eta arrailduren eraketa murriztu dezake. Betegarri-materialek konposatu intermetalikoen eraketa murriztu dezakete soldatutako junturaren osaera eta mikroegitura aldatuz, eta soldatutako junturaren gogortasuna hobetu.
Solidotze-pitzadurak laser bidezko soldadura-prozesuetan ohikoak diren akatsetako bat dira. Haien eraketa-mekanismoa konplexua da eta hainbat faktoreren elkarrekintza dakar, hala nola beroa, mekanika eta metalurgia. Solidotze-pitzaduren eraketa-mekanismoa sakon aztertuz, oinarri teorikoa eman daiteke pitzadurak kentzeko. Azken urteotan, ikertzaileek hainbat estrategia proposatu dituzte solidotze-pitzadurak kentzeko, batez ere aleen egitura kontrolatzean, soldadura-parametroak optimizatzean eta materialen propietateak hobetzean oinarritzen direnak. Praktikak frogatu du estrategia hauek solidotze-pitzaduren sentikortasuna neurri batean murriztu dezaketela eta laser bidezko soldaduraren kalitatea eta fidagarritasuna hobetu dezaketela. Hala ere, laser bidezko soldadura-prozesuaren konplexutasuna eta aniztasuna direla eta, oraindik ere badaude gabezia batzuk egungo ikerketan. Adibidez, solidotze-pitzaduren inhibizio-mekanismoei dagokienez, material eta soldadura-baldintza desberdinetan, ikerketa sakonagoak behar dira oraindik.
Argitaratze data: 2025eko martxoaren 20a
