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雷曼说:“从粗糙的金属到闪亮的水池

时间:2019-06-20 13:18来源:未知 作者:admin 点击:
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  焊接对于许多工业过程都是必要的,从汽车和飞机到笔记本电脑和手机。传统焊接通常使用电弧来加热和熔合材料。相比之下,一个多千瓦的激光束可以加热被连接的金属的一个较小的区域,创造一个比传统焊接更小,更平滑的焊缝,大约毫米而不是厘米。研究人员说,激光焊接比传统焊接更快、更节能。

  即使有了这些优势和其他优势,激光焊接也只占美国整体焊接市场的一小部分,而这些市场可能会从这项先进技术中受益。研究人员说,更好地理解这一过程可以使工业界更容易考虑投资激光焊接基础设施。

  西蒙兹说:“工业界的终目标是,有一天,如果你对你想做的东西有了一个想法,你就把它扔到电脑里,电脑会告诉你如何做。”尽管这一理想离我们还有10年或更长的时间,但他继续说道,随着美国国家标准技术研究所合作的进展有助于完善计算机模型,制造商们可能会更快地看到好处。

  如果制造商想焊接两块不熟悉的金属合金,他们可能会使用反复试验来确定哪种激光设置组合将为他们的应用产生佳的焊接效果。但大多数制造商更愿意简化研究过程并尽快投入生产。

  计算机模型就是在这里出现的。这些模拟有助于制造商预测使用不同设置可以预期的焊接类型。然而,为了建立模型,研究人员需要过去实验的数据。目前,这项研究已经扩散到数百项研究中,代表了数十个实验室几十年的工作。例如,他们可以从1970年的一篇论文中找到一种合金的热容、1992年的一篇论文中类似合金的热导率以及2007年的焊接性能实验数据。但是把这些信息拼凑在一起需要引入很多西蒙兹所谓的“软糖因素”。

  激光束聚焦、易于对准和由光学仪器引导,可放置在离工件适当的距离内,并可在设备或工件周围的障碍物上进行引导,而其他焊接规则因空间有限不能发挥作用。焊接效率是传统焊接的2~3倍。大批量连续生产。因为机器是用来代替体力劳动的,所以你不必担心工作不安全。一个广泛类型的焊接材料,也可结合多种异质材料。采用自动化或数字或计算机控制,易于实现高速焊接。激光雕刻加工中使用的机械设备有什么不同让我们来看看激光雕刻机在激光雕刻加工中的使用。激光打标机区别常识!

  西蒙兹说:“建模者从不同的实验室寻找所有这些资源,寻找不同的材料,他们以一种他们认为适用于他们实验的方式将它们拼凑在一起。”他们说:“够近了,但他们仍不是确切知道。”

  相比之下,美国国家标准技术研究所团队正试图建立一个更坚实的基础模型。美国国家标准技术研究所的研究人员正在测量模拟器需要的所有东西:撞击金属的能量、金属吸收的能量、金属被实时加热时蒸发的材料量。

  研究人员用来收集数据的许多技术要么是在美国国家标准技术研究所设计或开发的,用来测量激光焊接的新特性。例如,直到近,研究人员还不能测量焊接过程中的激光功率。美国国家标准技术研究所物理学家约翰雷曼(JohnLehman)、保罗威廉姆斯(PaulWilliams)和他们的同事设计并制造了一种装置,可以利用光本身的压力来实现这一目标。

  他们还必须创造性地感知被加热材料吸收的光的数量,因为它会不断变化。雷曼说:“从粗糙的金属到闪亮的水池,再到本质上是黑体的深口袋”,这意味着它几乎吸收了击中它的所有光线。他说,物理学“超级复杂”。

  为了解决这个问题,他们用一个称为积分球的装置包围了金属样品,这个装置的设计目的是捕捉从金属上反弹的所有光。利用这项技术,他们发现传统的测量方法“严重低估”了激光焊接过程中金属吸收的能量。积分球还允许实时测量数据。

  他们还找到了一种更好地测量焊接羽流的方法,这是一团蒸发的材料,其中包括在焊接过程中从样品中蒸发出来的微量元素。当这些元素离开焊接点时,检测它们的确切数量将为科学家们提供有关剩余材料强度的宝贵信息。然而,传统技术无法准确地感知某些元素的浓度,如碳和氮,这些元素的浓度非常低。

  为了感知这些微小的信号,美国国家标准技术研究所的研究人员正在采用一种称为激光诱导荧光(LIF)光谱的技术。这种方法包括用第二束激光击中羽流,一次只瞄准一种元素。目标元素吸收第二个激光的能量,然后以稍微移动的能量释放,产生强烈的信号,这也是该元素的独特标志。到目前为止,研究人员已经证明,LIF能够比传统方法更灵敏地检测出焊缝中的微量元素,其灵敏度是传统方法的4万倍。

  这项工作的另一个重要方面是,研究人员正在对一种不锈钢进行所有的实验,这种不锈钢是一种美国国家标准技术研究所标准参考材料(SRM),这意味着它的成分是众所周知的。使用不锈钢SRM可以确保在世界任何地方进行的实验都能获得成分相同的金属样品,这样每个人都能有效地为一个大项目做出贡献。

  西蒙兹说:“从现在起的20年里,如果有人说,天哪,我希望他们已经测量了这个,或者发明了一种新技术,能够提供比我们今天所能获得的更好的数据,那么他们就可以购买SRM并将其与我们已经做过的所有研究联系起来。”所以这是未来的证据。

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