Figura Imágenes de rayos X de 1 MHz de salpicaduras de metal de Ti-6Al-4V durante el procesamiento con láser. Se pueden extraer cuatro eventos. Evento no. 01 (rectángulos discontinuos de color azul cielo):se forma una protuberancia en la superficie superior y corre hacia abajo a lo largo de la pared frontal del ojo de la cerradura, acompañado por la morfología del ojo de la cerradura que cambia de una forma de J a una forma de triángulo inverso. Evento no. 02 (rectángulos punteados de color púrpura):aparece una protuberancia siguiente, crece y colapsa alrededor del centro horizontal del ojo de la cerradura. Un minikeyhole en la parte superior de la protuberancia está delimitado por una curva discontinua de color amarillo claro. Evento no. 03 (flechas azul oscuro):La curvatura local en la pared trasera del ojo de la cerradura cambia. Evento no. 04 (rectángulos sólidos y discontinuos de color verde claro):se forman los ligamentos de fusión, alargado, y se rompen en salpicaduras (círculos punteados de color verde claro numerados SP01 – SP05). Un evento separado KP (rectángulos sólidos azul cielo) describe la formación y desaparición de un poro de ojo de cerradura. El rayo láser escanea de izquierda a derecha, con un tamaño de punto de aproximadamente 80 μm (1 / e2), potencia de 210 W, y velocidad de escaneo de 500 mm / s. La velocidad de fotogramas de la imagen es 1.087 × 10 ^ 6 fotogramas por segundo, sincronizado con los pulsos de rayos X. Cada imagen individual se genera mediante un solo pulso de rayos X (ancho de pulso de aproximadamente 100 ps). Todas las imágenes que se muestran aquí se corrigen de fondo utilizando las imágenes recopiladas antes de la fusión del láser. Luego, el contraste se invierte para resaltar los eventos alrededor del ojo de la cerradura. Las imágenes fotograma a fotograma, así como las ilustraciones esquemáticas, se documentan en las Figs. S3 y S4 y Video S2 [6].
Los defectos microscópicos que se producen en la fabricación con láser de piezas metálicas pueden provocar grandes problemas si no se detectan. y el proceso de corregir estos defectos puede aumentar el tiempo y el costo de la fabricación de alta tecnología. Pero una nueva investigación sobre la causa de estos defectos podría dar lugar a un remedio.
Investigadores de Missouri S&T, El Laboratorio Nacional Argonne y la Universidad de Utah crearon "películas" de rayos X de alta velocidad de un fenómeno de fabricación conocido como salpicadura de láser. Las salpicaduras de láser se refieren a la expulsión de metal fundido de una piscina calentada por un láser de alta potencia durante los procesos de fabricación basados en láser. como la soldadura por láser y la fabricación aditiva por láser. Estas tecnologías de fabricación láser se utilizan para fabricar piezas para su uso en una variedad de industrias, incluyendo aeroespacial, la industria automotriz, salud y construccion.
Los investigadores describen sus hallazgos en un artículo publicado hoy (viernes, 14 de junio, 2019) en la revista Revisión física X .
Usando imágenes de rayos X, los investigadores capturaron el comportamiento de salpicadura de una aleación de titanio conocida como Ti-6Al-4V durante la fabricación. Sus películas microscópicas revelan "un mecanismo novedoso de salpicadura de láser:la explosión masiva de una protuberancia en forma de lengua" que se forma en una región del metal. los investigadores dicen en su artículo, titulado "Salpicaduras de metal inducidas por explosión a granel durante el procesamiento con láser".
] "El mecanismo recientemente descubierto guiará el desarrollo de enfoques para mitigar la formación de defectos en soldaduras y piezas fabricadas aditivamente, "dice la Dra. Lianyi Chen, profesor asistente de ingeniería mecánica y aeroespacial en Missouri S&T y uno de los autores correspondientes del artículo.
Dra. Lianyi Chen, Profesor asistente de Missouri S&T de ingeniería mecánica y aeroespacial, en su laboratorio. Foto de Sam O’Keefe / Missouri S&T
Chen colaboró con el equipo del Dr. Tao Sun en el Laboratorio Nacional Argonne y el equipo del Dr. Wenda Tan en la Universidad de Utah en la investigación. El grupo creó las imágenes mediante el uso de una radiografía de sincrotrón de alta energía en el Laboratorio Nacional de Argonne junto con análisis de imágenes y simulaciones numéricas. Los investigadores de las instalaciones de Argonne emplean técnicas de dispersión de rayos X para estudiar los materiales.
"El alto poder de penetración de los rayos X duros y las altas resoluciones de la técnica de imagen nos permiten, por primera vez, para conectar el comportamiento de las salpicaduras por encima de la superficie con la dinámica por debajo de la superficie y dentro de la muestra de titanio, "Dice Chen.
