Figure images radiographiques à 1 MHz de projections de métal de Ti-6Al-4V pendant le traitement au laser. Quatre événements peuvent être extraits. N° de l'événement 01 (rectangles en pointillés bleu ciel) :une saillie se forme à la surface supérieure et descend le long de la paroi avant du trou de serrure, accompagné par la morphologie du trou de serrure passant d'une forme de J à une forme de triangle inversé. N° de l'événement 02 (rectangles pointillés violets) :une protubérance suivante apparaît, grandit, et s'effondre autour du centre horizontal du trou de serrure. Un mini-trou de serrure au-dessus de la saillie est délimité par une courbe en pointillés jaune clair. N° de l'événement 03 (flèches bleu foncé) :La courbure locale sur la paroi arrière du trou de serrure change. N° de l'événement 04 (rectangles vert clair en pointillés et pleins) :des ligaments de fonte se forment, allongé, et se briser en éclaboussures (cercles pointillés vert clair numérotés SP01-SP05). Un événement séparé KP (rectangles solides bleu ciel) décrit la formation et la disparition d'un pore en trou de serrure. Le faisceau laser balaye de gauche à droite, avec une taille de spot d'environ 80μm (1/e2), puissance de 210 W, et une vitesse de numérisation de 500 mm/s. La fréquence d'images d'imagerie est de 1,087 × 10 ^ 6 images par seconde, synchronisé avec les impulsions de rayons X. Chaque image individuelle est générée par une seule impulsion de rayons X (largeur d'impulsion d'environ 100 ps). Toutes les images présentées ici sont corrigées en arrière-plan à l'aide des images collectées avant la fusion laser. Le contraste est ensuite inversé pour mettre en évidence les événements autour du trou de serrure. Des images image par image ainsi que des illustrations schématiques sont documentées dans les Fig. S3 et S4 et Vidéo S2 [6].
Les défauts microscopiques qui se produisent dans la fabrication au laser de pièces métalliques peuvent entraîner de gros problèmes s'ils ne sont pas détectés, et le processus de correction de ces défauts peut augmenter le temps et le coût de la fabrication de haute technologie. Mais de nouvelles recherches sur la cause de ces défauts pourraient conduire à un remède.
Des chercheurs du Missouri S&T, Le Laboratoire national d'Argonne et l'Université de l'Utah ont créé des "films" à rayons X à grande vitesse d'un phénomène de fabrication connu sous le nom de projection laser. Les projections laser font référence à l'éjection de métal en fusion d'une piscine chauffée par un laser haute puissance lors de processus de fabrication à base de laser, telles que le soudage laser et la fabrication additive laser. Ces technologies de fabrication au laser sont utilisées pour fabriquer des pièces destinées à une variété d'industries, y compris l'aérospatiale, l'industrie automobile, santé et construction.
Les chercheurs décrivent leurs découvertes dans un article publié aujourd'hui (vendredi, 14 juin 2019) dans la revue Examen physique X .
Grâce à l'imagerie par rayons X, les chercheurs ont capturé le comportement aux projections d'un alliage de titane connu sous le nom de Ti-6Al-4V pendant la fabrication. Leurs films microscopiques révèlent "un nouveau mécanisme de projection laser - l'explosion massive d'une saillie en forme de langue" qui se forme dans une région du métal, les chercheurs disent dans leur article, intitulé « Éclaboussures de métal induites par une explosion en vrac pendant le traitement au laser ».
]"Le mécanisme récemment découvert guidera le développement d'approches pour atténuer la formation de défauts dans les soudures et les pièces fabriquées de manière additive, " dit le Dr Lianyi Chen, professeur adjoint de génie mécanique et aérospatial au Missouri S&T et l'un des auteurs correspondants de l'article.
Dr Lianyi Chen, Missouri S&T professeur adjoint de génie mécanique et aérospatial, dans son labo. Photo de Sam O'Keefe/Missouri S&T
Chen a collaboré avec l'équipe du Dr Tao Sun au Laboratoire national d'Argonne et l'équipe du Dr Wenda Tan à l'Université de l'Utah sur la recherche. Le groupe a créé les images grâce à l'utilisation d'un rayonnement X synchrotron à haute énergie au laboratoire national d'Argonne, ainsi qu'à l'analyse d'images et à des simulations numériques. Les chercheurs de l'installation d'Argonne utilisent des techniques de diffusion des rayons X pour étudier les matériaux.
« Le pouvoir de pénétration élevé des rayons X durs et les hautes résolutions de la technique d'imagerie nous permettent, Pour la toute première fois, pour relier le comportement de projection au-dessus de la surface avec la dynamique sous la surface et à l'intérieur de l'échantillon de titane, " dit Chen.
