پایش برخط دینامیک حوضچه‌ مذاب در روکش‌کاری لیزری با استفاده از شبیه‌سازی عددی و مشخصه‌یابی طیفی

Abstract

پایش برخط و کنترل دقیق دینامیک حوضچه مذاب، نقش کلیدی در تعیین کیفیت و یکنواختی لایه‌های روکش شده در فرایندهای ساخت افزایشی لیزری ایفا می‌کند. این پژوهش رویکردی ترکیبی از شبیه‌سازی عددی با استفاده از مدل گلداک و پایش لحظه‌ای با طیف‌سنجی فروشکست القایی لیزری را در فرایند روکش‌کاری لیزری آلیاژ اینکونل 718 بر روی زیرلایه استیل 304 ارائه می‌دهد. مدل‌سازی دقیق دینامیک حرارتی حوضچه مذاب و شبیه‌سازی ابعاد لایه روکش تحت پارامترهای ورودی مختلف توان لیزر، سرعت روبش و نرخ تغذیه پودر در 64 نمونه روکش انجام شده و ابعاد سطح مقطع روکش و درصد آمیختگی با اندازه‌گیری‌های تجربی اعتبارسنجی گردید. جهت کاهش خطای اجتناب ناپذیر مدل‌ بکاربرده شده، از مشخصه یابی طیفی برای پایش لحظه‌ای تغییرات حوضچه مذاب استفاده شد که اطلاعات دقیقی از دمای موضعی حوضچه مذاب و همچنین ترکیب عناصر آن را ارائه داد. دمای پلاسمای استخراج‌شده از خطوط اتم کروم در پنجره طیفی 400 تا 500 نانومتر، به طور دقیق تغییرات دمای روکش را بر اساس پارامترهای ورودی ردیابی کرده، درحالی‌که نسبت شدت عناصر نیکل به آهن (93/361 به 94/382 نانومتر) به طور مؤثر درجه آمیختگی لایه روکش را کمی‌سازی نمود. این رویکرد، امکان کالیبراسیون پویای پارامترهای ورودی فرایند را باتوجه‌به داده‌های به‌دست‌آمده فراهم کرده و کیفیت یکنواخت لایه روکش را بر اساس کنترل لحظه‌ای تغییرات دمای حوضچه مذاب و درجه آمیختگی تضمین می‌کند.