Modulación magnética de la inestabilidad del orificio de la cerradura durante la soldadura láser y la fabricación...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La física
• Ingeniería de fabricación

Sus antecedentes:

• La inestabilidad del agujero de la cerradura, caracterizada por el colapso y la formación de poros, es un desafío significativo en la soldadura láser y la fusión de lecho de polvo láser (LPBF).
• Comprender los mecanismos fundamentales que impulsan la inestabilidad del agujero de la cerradura es fundamental para mejorar la fiabilidad del proceso y la calidad de las piezas en la fabricación aditiva y la soldadura.

Objetivo del estudio:

• Identificar la causa principal de la inestabilidad del agujero de la cerradura durante el procesamiento de materiales basado en láser.
• Investigar la eficacia de los campos magnéticos transversales para suprimir la inestabilidad del agujero de la cerradura.
• Aclarar los mecanismos físicos subyacentes, en particular la magnetohidrodinámica termoeléctrica (TEMHD), responsable de la supresión de la inestabilidad.

Principales métodos:

• Se emplearon imágenes de rayos X de alta velocidad para visualizar y analizar la dinámica del ojo de la cerradura en tiempo real.
• Se aplicó un campo magnético transversal a la zona de interacción del láser para observar su efecto en el comportamiento del ojo de la cerradura.
• El análisis se centró en la formación de vórtices de flujo, las protuberancias de la pared trasera de la cerradura y las oscilaciones.

Principales resultados:

• Las protuberancias inducidas por el vórtice de flujo en la pared trasera del ojo de la cerradura se identificaron como el iniciador crítico de la inestabilidad del ojo de la cerradura.
• La aplicación de un campo magnético transversal suprimió efectivamente la inestabilidad del agujero de la cerradura al inducir un flujo secundario de TEMHD.
• El flujo TEMHD modifica el vórtice de flujo neto, reduciendo las protuberancias y mitigando las oscilaciones de la cerradura de gran amplitud.
• La eficiencia de supresión depende de la interacción entre la dirección del escaneo láser y la orientación del campo magnético debido a la fuerza de Lorentz inducida por el efecto Seebeck.

Conclusiones:

• La magnetohidrodinámica termoeléctrica (TEMHD) ofrece un mecanismo viable para controlar la inestabilidad del agujero de la cerradura en el procesamiento de materiales láser.
• La eficacia de la aplicación de campos magnéticos es sensible a parámetros de proceso como la dirección de escaneo y las propiedades del material (coeficiente de Seebeck).
• En las escalas de longitud LPBF, TEMHD se convierte en un factor dominante en la gestión de la dinámica de la piscina de fusión y la prevención de defectos.