Teicneòlas tàthaidh leusair, air sgàth a dùmhlachd lùtha àrd, cuir a-steach teas ìosal agus feartan neo-chontact, air a thighinn gu bhith mar aon de na pròiseasan as cudromaiche ann an saothrachadh mionaideach an latha an-diugh. Ach, tha duilgheadasan leithid oxidation, porosity agus losgadh eileamaidean air adhbhrachadh le conaltradh an amar leaghte leis an àile rè tàthadh a’ cuingealachadh gu mòr feartan meacanaigeach agus beatha seirbheis an t-seam tàthaidh. Mar am meadhan bunaiteach airson smachd a chumail air an àrainneachd tàthaidh, feumar taghadh an t-seòrsa, an ìre sruthadh agus modh sèididh gas dìon a cheangal ri feartan an stuth (leithid gnìomhachd cheimigeach, seoltachd teirmeach) agus tiugh a’ phlàta.
Seòrsachan gasaichean dìon
Tha prìomh dhleastanas ghasan dìona ann a bhith a’ dealachadh ocsaidean, a’ riaghladh giùlan an amar leaghte, agus a’ leasachadh èifeachdas ceangail lùtha. Stèidhichte air na feartan ceimigeach aca, faodar gasan dìona a sheòrsachadh ann an gasaichean neo-ghnìomhach (argon, helium) agus gasaichean gnìomhach (naitridean, carbon dà-ogsaid). Tha seasmhachd cheimigeach àrd aig gasaichean neo-ghnìomhach agus faodaidh iad casg a chuir air oxidation an amar leaghte gu h-èifeachdach, ach tha na h-eadar-dhealachaidhean mòra aca ann an feartan fiosaigeach teirmeach a’ toirt buaidh mhòr air a’ bhuaidh tàthaidh. Mar eisimpleir, tha dùmhlachd àrd (1.784 kg/m³) aig argon (Ar) agus faodaidh e còmhdach seasmhach a chruthachadh, ach tha an giùlan teirmeach ìosal aige (0.0177 W/m·K) ag adhbhrachadh fuarachadh slaodach an amar leaghte agus dol a-steach tàthaidh eu-domhainn. An coimeas ri sin, tha giùlan teirmeach ochd uiread nas àirde (0.1513 W/m·K) aig helium (He) na argon agus faodaidh e fuarachadh an amar leaghte a luathachadh agus an dol a-steach tàthaidh a mheudachadh, ach tha an dùmhlachd ìosal aige (0.1785 kg/m³) ga dhèanamh buailteach teicheadh, a dh’ fheumas ìre sruthadh nas àirde gus a’ bhuaidh dìon a chumail suas. Faodaidh gasaichean gnìomhach leithid naitridean (N₂) neart an tàthaidh a mheudachadh tro neartachadh le fuasgladh cruaidh ann an suidheachaidhean sònraichte, ach faodaidh cus cleachdadh porosity no sileadh ìrean brisg adhbhrachadh. Mar eisimpleir, nuair a thathar a’ tàthadh stàilinn gun smal dà-fhillte, faodaidh sgaoileadh naitridean a-steach don amar leaghte cothromachadh ìrean ferrite/austenite a bhriseadh, agus mar thoradh air sin lùghdaicheas e an aghaidh creimeadh.
Figear 1. Tàthadh leusair de stàilinn gun smal 304L (gu h-àrd): Dìon gas Ar; (gu h-ìosal): Dìon gas N2
Bho shealladh meacanachd a’ phròiseis, faodaidh lùth ianachaidh àrd helium (24.6 eV) buaidh dìon a’ phlasma a chumail fodha agus gabhail a-steach lùth an leusair a mheudachadh, agus mar sin doimhneachd an treòrachaidh a mheudachadh. Aig an aon àm, tha lùth ianachaidh ìosal argon (15.8 eV) buailteach neòil plasma a chruthachadh, a dh’ fheumas dì-fhòcas no modulachadh cuisle gus bacadh a lughdachadh. A bharrachd air an sin, faodaidh an ath-bhualadh ceimigeach eadar gasaichean gnìomhach agus an amar leaghte (leithid naitridean ag ath-bhualadh le Cr ann an stàilinn) co-dhèanamh an tàthaidh atharrachadh, agus tha feum air taghadh faiceallach stèidhichte air feartan stuthan.
Eisimpleirean de chur an sàs stuthan:
• Stàilinn: Ann an tàthadh pleitean tana (<3 mm), faodaidh argon crìochnachadh uachdar a dhèanamh cinnteach, le tiugh còmhdach ocsaid de dìreach 0.5 μm airson seam tàthaidh stàilinn ìosal-charboin 1.5 mm; airson pleitean tiugh (>10 mm), feumar beagan de helium (He) a chur ris gus doimhneachd an treòrachaidh a mheudachadh.
• Stàilinn gun smal: Faodaidh dìon argon casg a chur air call eileamaid Cr, le susbaint Cr de 18.2% ann an tàthadh stàilinn gun smal 304 3 mm de thighead a’ tighinn faisg air 18.5% den mheatailt bhunaiteach; airson stàilinn gun smal duplex, tha feum air measgachadh Ar-N₂ (N₂ ≤ 5%) gus an co-mheas a chothromachadh. Tha sgrùdaidhean air sealltainn, nuair a thathar a’ cleachdadh measgachadh Ar-2% N₂ airson stàilinn gun smal duplex 2205 8 mm de thighead, gu bheil an co-mheas ferrite/austenite seasmhach aig 48:52, le neart tensile de 780 MPa, a tha nas fheàrr na dìon argon fìor-ghlan (720 MPa).
• Aloi alùmanaim: Plàta tana (<3 mm): Tha an comas-meòrachaidh àrd aig aloidhean alùmanaim ag adhbhrachadh ìre ìosal de ghabhail a-steach lùtha, agus faodaidh helium, leis an lùth ianachaidh àrd aige (24.6 eV), am plasma a dhèanamh seasmhach. Tha rannsachadh a’ sealltainn nuair a tha aloi alùmanaim 6061 2 mm de thighead air a dhìon le helium, gu bheil an doimhneachd treòrachaidh a’ ruighinn 1.8 mm, ag àrdachadh 25% an taca ri argon, agus gu bheil an ìre porosity nas ìsle na 1%. Airson pleitean tiugh (>5 mm): Feumaidh pleitean tiugh aloi alùmanaim cuir a-steach lùth àrd, agus faodaidh measgachadh helium-argon (He:Ar = 3:1) cothromachadh a dhèanamh eadar doimhneachd treòrachaidh agus cosgais. Mar eisimpleir, nuair a thathar a’ tàthadh pleitean 5083 8 mm de thighead, ruigidh an doimhneachd treòrachaidh 6.2 mm fo dhìon gas measgaichte, ag àrdachadh 35% an taca ri gas argon fìor-ghlan, agus tha a’ chosgais tàthaidh air a lùghdachadh 20%.
Nota: Tha mearachdan agus neo-chunbhalachdan anns an teacsa thùsail. Tha an t-eadar-theangachadh a chaidh a thoirt seachad stèidhichte air an dreach ceartaichte agus co-leanailteach den teacsa.
Buaidh ìre sruthadh gas argon
Tha ìre sruthadh gas argon a’ toirt buaidh dhìreach air comas còmhdach a’ ghasa agus daineamaigs lionn an linne leaghte. Nuair nach eil an ìre sruthadh gu leòr, chan urrainn don shreath gas an èadhar a sgaradh gu tur, agus tha oir an linne leaghte buailteach do oxidation agus cruthachadh pores gas; nuair a tha an ìre sruthadh ro àrd, faodaidh e aimhreit adhbhrachadh, a dh’ fhaodadh uachdar an linne leaghte a nighe agus leantainn gu trom-inntinn no frasadh tàthaidh. A rèir àireamh Reynolds de mheacanaig lionn (Re = ρvD/μ), àrdaichidh àrdachadh ann an ìre sruthadh astar sruthadh a’ ghasa. Nuair a bhios Re > 2300, bidh an sruth laminar a’ tionndadh gu sruth buaireasach, a sgriosas seasmhachd an linne leaghte. Mar sin, feumar mion-sgrùdadh a dhèanamh air dearbhadh an ìre sruthadh èiginneach tro dheuchainnean no atharrais àireamhach (leithid CFD).
Figear 2. Buaidhean diofar ìrean sruthadh gas air seam tàthaidh
Bu chòir leasachadh sruth atharrachadh còmhla ri seoltachd teirmeach stuthan agus tighead a’ phlàta:
• Airson stàilinn agus stàilinn gun smal: Airson pleitean stàilinn tana (1-2 mm), is fheàrr gum bi an ìre sruthadh 10-15 L/min. Airson pleitean tiugh (>6 mm), bu chòir a mheudachadh gu 18-22 L/min gus casg a chuir air oxidation earbaill. Mar eisimpleir, nuair a tha an ìre sruthadh de stàilinn gun smal 316L 6 mm de thighead 20 L/min, tha cunbhalachd cruas HAZ air a leasachadh le 30%.
• Airson aloi alùmanaim: Feumaidh seoltachd teirmeach àrd ìre sruthadh àrd gus an ùine dìon a leudachadh. Airson aloi alùmanaim 7075 3 mm de thighead, is e an ìre porosity an ìre as ìsle (0.3%) nuair a tha an ìre sruthadh 25-30 L/min. Ach, airson pleitean ultra-thiugh (>10 mm), tha e riatanach a chur còmhla ri sèideadh co-dhèanta gus casg a chur air aimhreit.
Buaidh modh sèididh gas
Bidh modh sèideadh a’ ghàis a’ toirt buaidh dhìreach air pàtran sruthadh an linne leaghte agus buaidh casg lochdan le bhith a’ cumail smachd air stiùireadh agus sgaoileadh sruth a’ ghàis. Bidh modh sèideadh a’ ghàis a’ riaghladh sruth an linne leaghte le bhith ag atharrachadh claonadh teannachadh uachdar agus sruth Marangoni (sruthadh Marangoni). Faodaidh sèideadh taobhach toirt air an linn leaghte sruthadh ann an stiùireadh sònraichte, a’ lughdachadh pores agus in-ghabhail slag; faodaidh sèideadh co-dhèanta cunbhalachd cruthachadh tàthaidh a leasachadh le bhith a’ cothromachadh sgaoileadh lùtha tro shruth gas ioma-stiùiridh.
Am measg nam prìomh dhòighean sèididh tha:
• Sèideadh co-aiseach: Tha an sruth gas air a thoirt a-mach gu co-aiseach leis a’ ghath laser, a’ còmhdach an amar leaghte gu co-chothromach, freagarrach airson tàthadh aig astar luath. Is e a bhuannachd seasmhachd àrd a’ phròiseis, ach faodaidh an sruth gas bacadh a chur air fòcas laser. Mar eisimpleir, nuair a thathar a’ cleachdadh sèideadh co-aiseach air duilleag stàilinn ghalbhanaichte chàraichean (1.2 mm), faodar an astar tàthaidh a mheudachadh gu 40 mm/s, agus tha an ìre frasaidh nas lugha na 0.1.
• Sèideadh gu taobh: Tha an sruth gas air a thoirt a-steach bho thaobh an amar leaghte, a ghabhas cleachdadh gus plasma no neo-chunbhalachdan bonn a thoirt air falbh gu stiùiridh, freagarrach airson tàthadh treòrachaidh domhainn. Mar eisimpleir, nuair a thathar a’ sèideadh air stàilinn Q345 12 mm de thighead aig ceàrn 30°, bidh an treòrachadh tàthaidh ag àrdachadh 18%, agus bidh an ìre porosity bonn a’ lùghdachadh bho 4% gu 0.8%.
• Sèideadh co-dhèanta: Le bhith a’ cothlamadh sèideadh co-aiseach agus taobhach, faodaidh e casg a chuir air oxidation agus bacadh plasma aig an aon àm. Mar eisimpleir, airson aloi alùmanum 6061 3 mm de thighead le dealbhadh nozzle dùbailte, tha an ìre porosity air a lùghdachadh bho 2.5% gu 0.4%, agus ruigidh an neart tensile 95% den stuth bunaiteach.
Tha buaidh gas dìona air càileachd tàthaidh gu bunaiteach a’ tighinn bhon riaghladh a th’ aige air gluasad lùtha, teirmodynamics an amar leaghte, agus ath-bheachdan ceimigeach:
1. Gluasad lùtha: Bidh an giùlan teirmeach àrd aig helium a’ luathachadh fuarachadh an amar leaghte, a’ lughdachadh leud na sòn a tha fo bhuaidh teas (HAZ); bidh an giùlan teirmeach ìosal aig argon a’ leudachadh ùine bith-beò an amar leaghte, rud a tha buannachdail airson cruthachadh uachdar phlàtaichean tana.
2. Seasmhachd amar leaghte: Bidh sruthadh a’ ghasa a’ toirt buaidh air sruthadh an amar leaghte tro fheachd rùsgaidh, agus faodaidh ìre sruthadh iomchaidh casg a chuir air frasadh; bidh cus ìre sruthadh ag adhbhrachadh cuairt-ghaoithe, a’ leantainn gu lochdan tàthaidh.
3. Dìon ceimigeach: Bidh gasaichean neo-ghnìomhach a’ dealachadh ocsaidean agus a’ cur casg air oxidation eileamaidean aloidh (leithid Cr, Al); bidh gasaichean gnìomhach (leithid N₂) ag atharrachadh feartan an tàthaidh tro neartachadh fuasglaidh chruaidh no cruthachadh todhar, ach feumar an dùmhlachd a smachdachadh gu mionaideach.
Àm puist: 9 Giblean 2025
