Figura Immagini a raggi X a 1 MHz di schizzi di metallo di Ti-6Al-4V durante l'elaborazione laser. Si possono estrarre quattro eventi. Evento n. 01 (rettangoli tratteggiati blu cielo):una sporgenza si forma sulla superficie superiore e scende lungo la parete anteriore del buco della serratura, accompagnato dalla morfologia del buco della serratura che cambia da una forma a J a una forma a triangolo inverso. Evento n. 02 (rettangoli tratteggiati viola):appare una sporgenza seguente, cresce, e crolla intorno al centro orizzontale del buco della serratura. Un mini buco della serratura in cima alla sporgenza è delineato da una curva tratteggiata giallo chiaro. Evento n. 03 (frecce blu scuro):la curvatura locale sulla parete posteriore del buco della serratura cambia. Evento n. 04 (rettangoli tratteggiati verde chiaro e pieni):si sciolgono i legamenti, allungare, e romperli in schizzi (cerchi tratteggiati verde chiaro numerati SP01–SP05). Un evento separato KP (rettangoli solidi blu cielo) descrive la formazione e la scomparsa di un poro del buco della serratura. Il raggio laser scansiona da sinistra a destra, con dimensione dello spot di circa 80μm (1/e2), potenza di 210 W, e velocità di scansione di 500 mm/s. La frequenza dei fotogrammi di imaging è 1.087 × 10 ^ 6 fotogrammi al secondo, sincronizzato con gli impulsi radiografici. Ogni singola immagine è generata da un singolo impulso a raggi X (ampiezza dell'impulso di circa 100 ps). Tutte le immagini mostrate qui sono corrette per lo sfondo utilizzando le immagini raccolte prima della fusione del laser. Il contrasto viene quindi invertito per evidenziare gli eventi attorno al buco della serratura. Le immagini fotogramma per fotogramma e le illustrazioni schematiche sono documentate nelle Figg. S3 e S4 e Video S2 [6].
Difetti microscopici che si verificano nella produzione laser di parti metalliche possono portare a grossi problemi se non rilevati, e il processo di correzione di questi difetti può aumentare i tempi ei costi della produzione high-tech. Ma una nuova ricerca sulla causa di questi difetti potrebbe portare a un rimedio.
Ricercatori del Missouri S&T, L'Argonne National Laboratory e l'Università dello Utah hanno creato "filmati" a raggi X ad alta velocità di un fenomeno di fabbricazione noto come schizzi laser. Gli schizzi laser si riferiscono all'espulsione di metallo fuso da una piscina riscaldata da un laser ad alta potenza durante i processi di produzione basati su laser, come la saldatura laser e la produzione additiva laser. Queste tecnologie di produzione laser vengono utilizzate per fabbricare parti da utilizzare in una varietà di settori, compreso quello aerospaziale, l'industria automobilistica, sanità e edilizia.
I ricercatori descrivono i loro risultati in un articolo pubblicato oggi (venerdì, 14 giugno 2019) sulla rivista Revisione fisica X .
Utilizzando l'imaging a raggi X, i ricercatori hanno catturato il comportamento degli schizzi di una lega di titanio nota come Ti-6Al-4V durante la fabbricazione. I loro filmati microscopici rivelano "un nuovo meccanismo di schizzi laser:l'esplosione di massa di una protuberanza simile a una lingua" che si forma in una regione del metallo, i ricercatori dicono nel loro articolo, intitolato "Spruzzi di metallo indotti da esplosioni di massa durante la lavorazione laser".
]"Il meccanismo appena scoperto guiderà lo sviluppo di approcci per mitigare la formazione di difetti nelle saldature e nelle parti prodotte in modo additivo, "dice il dottor Lianyi Chen, assistente professore di ingegneria meccanica e aerospaziale presso Missouri S&T e uno degli autori corrispondenti dell'articolo.
Dott.ssa Lianyi Chen, Missouri S&T assistente professore di ingegneria meccanica e aerospaziale, nel suo laboratorio. Foto di Sam O'Keefe/Missouri S&T
Chen ha collaborato con il team del Dr. Tao Sun presso l'Argonne National Laboratory e il team del Dr. Wenda Tan presso l'Università dello Utah alla ricerca. Il gruppo ha creato le immagini attraverso l'uso di raggi X di sincrotrone ad alta energia presso l'Argonne National Lab insieme all'analisi delle immagini e alle simulazioni numeriche. I ricercatori della struttura di Argonne utilizzano tecniche di diffusione dei raggi X per studiare i materiali.
"L'elevato potere di penetrazione dei raggi X duri e le alte risoluzioni della tecnica di imaging ci consentono, per la prima volta in assoluto, per collegare il comportamento di spruzzi sopra la superficie con la dinamica sotto la superficie e all'interno del campione di titanio, " dice Chen.
