Teicneolaíocht táthú léasair, mar gheall ar a dlús ard fuinnimh, a ionchur teasa íseal agus a thréithe neamh-theagmhála, tá sé anois ar cheann de na próisis lárnacha i ndéantúsaíocht chruinnis nua-aimseartha. Mar sin féin, cuireann fadhbanna amhail ocsaídiú, scagacht agus dóiteán eilimintí de bharr teagmháil an linn leáite leis an atmaisféar le linn táthú srian mór ar airíonna meicniúla agus ar shaolré seirbhíse an uaim táthú. Mar an meán lárnach chun an timpeallacht táthú a rialú, ní mór rogha an chineáil, an ráta sreafa agus an mhodha séideadh gáis chosanta a nascadh le tréithe an ábhair (amhail gníomhaíocht cheimiceach, seoltacht theirmeach) agus tiús an phláta.
Cineálacha gás sciath
Is é príomhfheidhm na ngás sciath ná ocsaigin a leithlisiú, iompar na linne leáite a rialáil, agus éifeachtúlacht cúplála fuinnimh a fheabhsú. Bunaithe ar a n-airíonna ceimiceacha, is féidir gáis sciath a aicmiú ina ngáis támha (argón, héiliam) agus ina ngáis ghníomhacha (nítrigin, dé-ocsaíd charbóin). Tá cobhsaíocht cheimiceach ard ag gáis támha agus is féidir leo ocsaídiú na linne leáite a chosc go héifeachtach, ach bíonn tionchar suntasach ag a ndifríochtaí suntasacha in airíonna fisiceacha teirmeacha ar an éifeacht táthúcháin. Mar shampla, tá dlús ard (1.784 kg/m³) ag argón (Ar) agus is féidir leis sciath chobhsaí a chruthú, ach bíonn fuarú mall na linne leáite agus treá táthúcháin éadomhain mar thoradh ar a sheoltacht theirmeach íseal (0.0177 W/m·K). I gcodarsnacht leis sin, tá seoltacht theirmeach ocht n-uaire níos airde (0.1513 W/m·K) ag héiliam (He) ná argón agus is féidir leis fuarú na linne leáite a luathú agus treá an táthúcháin a mhéadú, ach bíonn seans maith ann go n-éalóidh sé mar gheall ar a dlús íseal (0.1785 kg/m³), rud a éilíonn ráta sreafa níos airde chun an éifeacht chosanta a choinneáil. Is féidir le gáis ghníomhacha amhail nítrigin (N₂) neart an táthú a fheabhsú trí neartú tuaslagáin sholadaigh i gcásanna áirithe, ach is féidir le húsáid iomarcach scagach nó deascadh céimeanna sobhriste a chur faoi deara. Mar shampla, agus cruach dhosmálta dé-dhúbailte á tháthú, féadfaidh idirleathadh nítrigine isteach sa linn leáite cur isteach ar chothromaíocht na céime feiríte/austeníte, rud a laghdaíonn friotaíocht creimeadh.
Fíor 1. Táthú léasair cruach dhosmálta 304L (barr): sciath gáis Ar; (bun): sciath gáis N2
Ó thaobh mheicníocht an phróisis de, is féidir le fuinneamh ard ianúcháin héiliam (24.6 eV) an éifeacht sciath plasma a chosc agus ionsú fuinnimh léasair a fheabhsú, rud a mhéadaíonn an doimhneacht treá. Idir an dá linn, tá fuinneamh íseal ianúcháin argóin (15.8 eV) seans maith go nginfear scamaill plasma, rud a éilíonn dífhócasú nó modhnú cuisle chun cur isteach a laghdú. Ina theannta sin, féadfaidh an t-imoibriú ceimiceach idir gáis ghníomhacha agus an linn leáite (amhail nítrigin ag imoibriú le Cr i cruach) comhdhéanamh an táthú a athrú, agus tá gá le roghnú cúramach bunaithe ar airíonna ábhair.
Samplaí d’fheidhmchláir ábhair:
• Cruach: I dtáthú pláta tanaí (<3 mm), is féidir le hargón bailchríoch dromchla a chinntiú, le tiús ciseal ocsaíde de 0.5 μm amháin le haghaidh uaim táthú cruach ísealcharbóin 1.5 mm; i gcás plátaí tiubha (>10 mm), ní mór méid beag héiliam (He) a chur leis chun an doimhneacht treá a mhéadú.
• Cruach dhosmálta: Is féidir le cosaint argóin cailliúint eilimint Cr a chosc, agus cion Cr de 18.2% i seam táthaithe cruach dhosmálta 304 3 mm ar tiús ag druidim le 18.5% den mhiotal bonn; i gcás cruach dhosmálta déphléacsach, tá gá le meascán Ar-N₂ (N₂ ≤ 5%) chun an cóimheas a chothromú. Léirigh staidéir, nuair a úsáidtear meascán Ar-2% N₂ le haghaidh cruach dhosmálta déphléacsach 2205 8 mm ar tiús, go bhfuil an cóimheas feiríte/austeníte cobhsaí ag 48:52, le neart teanntachta de 780 MPa, atá níos fearr ná cosaint argóin íon (720 MPa).
• Cóimhiotal alúmanaim: Pláta tanaí (<3 mm): Mar thoradh ar an bhfrithchaiteacht ard atá ag cóimhiotail alúmanaim, bíonn ráta ionsúcháin fuinnimh íseal acu, agus is féidir le héiliam, lena fhuinneamh ianúcháin ard (24.6 eV), an plasma a chobhsú. Léiríonn taighde nuair a chosnaítear cóimhiotal alúmanaim 6061 2 mm ar tiús le héiliam, go sroicheann an doimhneacht treá 1.8 mm, ag méadú 25% i gcomparáid le hargón, agus go bhfuil an ráta tréscaoilteachta níos ísle ná 1%. I gcás plátaí tiubha (>5 mm): Éilíonn plátaí tiubha cóimhiotal alúmanaim ionchur ard fuinnimh, agus is féidir le meascán héiliam-argón (He:Ar = 3:1) cothromaíocht a bhaint amach idir an doimhneacht treá agus an costas. Mar shampla, agus plátaí 5083 8 mm ar tiús á dtáthú, sroicheann an doimhneacht treá 6.2 mm faoi chosaint gáis mheasctha, ag méadú 35% i gcomparáid le gás argón íon, agus laghdaítear costas an táthúcháin 20%.
Nóta: Tá roinnt earráidí agus neamhréireachtaí sa bhuntéacs. Tá an t-aistriúchán atá curtha ar fáil bunaithe ar an leagan ceartaithe agus comhleanúnach den téacs.
Tionchar ráta sreafa gáis argóin
Bíonn tionchar díreach ag ráta sreafa gáis argóin ar chumas clúdaigh an gháis agus ar dhinimic sreabhán na linne leáite. Nuair nach leor an ráta sreafa, ní féidir leis an gciseal gáis an t-aer a leithlisiú go hiomlán, agus bíonn imeall na linne leáite seans maith go n-ocsaídeofar í agus go bhfoirmeofar póir gháis; nuair a bhíonn an ráta sreafa ró-ard, féadfaidh sé suaitheadh a chur faoi deara, rud a fhéadfaidh dromchla na linne leáite a ní agus dúlagar nó splancscáileán táthú a bheith mar thoradh air. De réir uimhir Reynolds na meicnic sreabhán (Re = ρvD/μ), méadóidh méadú ar an ráta sreafa luas sreafa an gháis. Nuair a bhíonn Re > 2300, casann an sreabhadh laminar ina shreabhadh suaiteach, rud a scriosfaidh cobhsaíocht na linne leáite. Dá bhrí sin, ní mór anailís a dhéanamh ar chinneadh an ráta sreafa criticiúil trí thurgnaimh nó insamhaltaí uimhriúla (amhail CFD).
Fíor 2. Éifeachtaí Rátaí Sreafa Gáis Difriúla ar an Uaim Táthúcháin
Ba cheart an t-optamú sreafa a choigeartú i gcomhar le seoltacht theirmeach an ábhair agus tiús an phláta:
• I gcás cruach agus cruach dhosmálta: I gcás plátaí cruach tanaí (1-2 mm), is fearr an ráta sreafa a bheith 10-15 L/nóim. I gcás plátaí tiubha (>6 mm), ba cheart é a mhéadú go 18-22 L/nóim chun ocsaídiú eireabaill a chosc. Mar shampla, nuair a bhíonn ráta sreafa cruach dhosmálta 316L 6 mm tiubh 20 L/nóim, feabhsaítear aonfhoirmeacht cruas HAZ faoi 30%.
• I gcás cóimhiotal alúmanaim: Éilíonn seoltacht theirmeach ard ráta sreafa ard chun an t-am cosanta a shíneadh. I gcás cóimhiotal alúmanaim 7075 atá 3 mm ar tiús, is é an ráta tréscaoilteachta an ráta is ísle (0.3%) nuair a bhíonn an ráta sreafa 25-30 L/nóim. Mar sin féin, i gcás plátaí thar a bheith tiubha (>10 mm), is gá é a chomhcheangal le séideadh ilchodach chun suaitheadh a sheachaint.
Tionchar an mhodha gáis séideadh
Bíonn tionchar díreach ag an modh gáis séidte ar phatrún sreafa an linn leáite agus ar an éifeacht cosc lochtanna trí threo agus dáileadh shreafa an gháis a rialú. Rialaíonn an modh gáis séidte sreabhadh an linn leáite tríd an ngrádán teannas dromchla agus sreabhadh Marangoni (sreabhadh Marangoni) a athrú. Is féidir le séideadh cliathánach an linn leáite a spreagadh chun sreabhadh i dtreo ar leith, rud a laghdaíonn póir agus cuimsiú slaig; is féidir le séideadh ilchodach aonfhoirmeacht fhoirmiú táthúcháin a fheabhsú trí chothromú a dhéanamh ar dháileadh fuinnimh trí shreabhadh gáis ilthreorach.
Áirítear ar na príomh-mhodhanna séideadh:
• Séideadh comhaiseach: Aschuirtear an sreabhadh gáis go comhaiseach leis an bhíoma léasair, ag clúdach an linn leáite go siméadrach, atá oiriúnach le haghaidh táthú ardluais. Is é an buntáiste atá leis ná cobhsaíocht ard phróisis, ach d’fhéadfadh an sreabhadh gáis cur isteach ar fhócasú léasair. Mar shampla, nuair a úsáidtear séideadh comhaiseach ar bhileog cruach ghalbhánuithe feithicleach (1.2 mm), is féidir luas an táthúcháin a mhéadú go 40 mm/s, agus tá an ráta splancscáileáin níos lú ná 0.1.
• Séideadh taobhach: Tugtar isteach an sreabhadh gáis ó thaobh an linn leáite, agus is féidir é a úsáid chun plasma nó eisíontais bun a bhaint go treo, atá oiriúnach le haghaidh táthú treáite domhain. Mar shampla, nuair a bhíonn sé ag séideadh ar chruach Q345 12 mm tiubh ag uillinn 30°, méadaíonn an treá táthú 18%, agus laghdaíonn an ráta tréscaoilteachta bun ó 4% go 0.8%.
• Séideadh ilchodach: Trí shéideadh comhaiseach agus cliathánach a chomhcheangal, is féidir leis ocsaídiú agus cur isteach plasma a chosc ag an am céanna. Mar shampla, i gcás cóimhiotal alúmanaim 6061 3 mm tiubh le dearadh soic dúbailte, laghdaítear an ráta tréscaoilteachta ó 2.5% go 0.4%, agus sroicheann an neart teanntachta 95% den ábhar bonn.
Eascraíonn tionchar an gháis sciath ar cháilíocht táthúcháin go bunúsach óna rialáil ar aistriú fuinnimh, teirmidinimic an linn leáite, agus imoibrithe ceimiceacha:
1. Aistriú fuinnimh: Luasghéadaíonn an seoltacht theirmeach ard atá ag héiliam fuarú an linn leáite, rud a laghdaíonn leithead an chrios teasa-thionchair (HAZ); cuireann an seoltacht theirmeach íseal atá ag argóin fad saoil an linn leáite, rud atá tairbheach chun plátaí tanaí a fhoirmiú ar dhromchla an uisce.
2. Cobhsaíocht linn leáite: Bíonn tionchar ag sreabhadh an gháis ar shreabhadh na linne leáite trí fhórsa lomadh, agus is féidir le ráta sreafa cuí splancscáil a chosc; beidh vortex mar thoradh ar ráta sreafa iomarcach, rud a fhágann lochtanna táthúcháin.
3. Cosaint cheimiceach: Déanann gáis támha ocsaigin a leithlisiú agus cosc a chur ar ocsaídiú eilimintí cóimhiotail (amhail Cr, Al); athraíonn gáis ghníomhacha (amhail N₂) airíonna an táthú trí neartú tuaslagáin sholadaigh nó foirmiú comhdhúile, ach ní mór an tiúchan a rialú go beacht.
Am an phoist: 9 Aibreán 2025
