激光接和增材制造过程中的钥匙孔不稳定性的磁调节
Xianqiang Fan1,2, Tristan G Fleming3, Samuel J Clark4
1Mechanical Engineering, University College London, London, UK.
Science (New York, N.Y.)
|February 20, 2025
概括
激光接和LPBF中的钥匙孔不稳定性是由流突出引起的. 一个横向磁场通过创建热电磁动力学 (TEMHD) 流动来抑制这种不稳定性,这对于控制钥匙洞动力学至关重要.
科学领域:
- 材料科学
- 物理
- 制造工程
背景情况:
- 在激光接和激光粉末床融合 (LPBF) 中,关键孔不稳定性具有崩和孔隙形成的特点.
- 了解驱动钥匙孔不稳定的基本机制对于提高增材制造和接中的工艺可靠性和零件质量至关重要.
研究的目的:
- 在激光处理材料时确定钥匙孔不稳定的主要原因.
- 研究横向磁场在抑制钥匙孔不稳定性的有效性.
- 阐明潜在的物理机制,特别是热电磁水力学 (TEMHD),负责抑制不稳定性.
主要方法:
- 使用高速X射线成像可实时可视化和分析钥匙洞动态.
- 对激光相互作用区域施加横向磁场,观察其对钥匙孔行为的影响.
- 分析的重点是流动,后钥匙孔壁突出,和振荡.
主要成果:
- 在后面的钥匙孔壁上的流引发的突出被确定为钥匙孔不稳定的关键发起者.
- 通过诱导二次TEMHD流,应用横向磁场有效地抑制了钥匙孔的不稳定性.
- TEMHD流修改了净流,减少了突出并减轻了大幅度的钥匙孔振荡.
- 抑制效率取决于由于西贝克效应引起的洛伦茨力导致的激光扫描方向和磁场方向之间的相互作用.
结论:
- 热电磁水力学 (TEMHD) 为控制激光材料加工中的钥匙孔不稳定性提供了一个可行的机制.
- 磁场应用的有效性对扫描方向和材料特性 (Seebeck系数) 等过程参数是敏感的.
- 在LPBF长度尺度上,TEMHD成为管理池动态和预防缺陷的主要因素.
