လေဆာဂဟေဆက်ခြင်းတွင် အစိုင်အခဲအက်ကွဲကြောင်းများ၏ ဖွဲ့စည်းမှုယန္တရားနှင့် နှိမ်နင်းရေးအစီအမံများ

လေဆာရောင်ခြည်ဂဟေဆော်ခြင်း၎င်း၏ မြန်နှုန်းမြင့်၊ တိကျမှုမြင့်မားပြီး ထိတွေ့မှုမရှိသော ဝိသေသလက္ခဏာများဖြင့် မော်တော်ကားများ၊ အာကာသယာဉ်များနှင့် အီလက်ထရွန်းနစ်ပစ္စည်းများကဲ့သို့သော နယ်ပယ်များတွင် ကျယ်ကျယ်ပြန့်ပြန့် အသုံးပြုကြပြီး အထူးသဖြင့် မတူညီသောပစ္စည်းများ ချိတ်ဆက်ရာတွင် ထူးခြားသော အားသာချက်များကို ပြသထားသည်။ သို့သော် ဂဟေဆက်ခြင်းလုပ်ငန်းစဉ်အတွင်း ဖြစ်ပေါ်လာသော အစိုင်အခဲအက်ကွဲခြင်း (Solidification Cracking) သည် ၎င်း၏ စက်မှုလုပ်ငန်းအသုံးချမှုကို ကန့်သတ်ထားသည့် အဓိကချို့ယွင်းချက်များထဲမှ တစ်ခုဖြစ်သည်။ ဤအက်ကွဲကြောင်းများသည် ပေါင်းစပ်ဇုန် (Fusion Zone) တွင် အစိုင်အခဲဖြစ်ခြင်းအဆုံးတွင် များသောအားဖြင့် ဖြစ်ပေါ်လေ့ရှိပြီး အပူဖိစီးမှု၊ အစိုင်အခဲကျုံ့ခြင်းနှင့် အမှုန်အမွှားနယ်နိမိတ်များပေါ်တွင် အရည်အလွှာတို့၏ ပေါင်းစပ်အကျိုးသက်ရောက်မှုများကြောင့် ဖြစ်ပေါ်လာပြီး အဆစ်၏ စက်ပိုင်းဆိုင်ရာဂုဏ်သတ္တိများနှင့် ပင်ပန်းနွမ်းနယ်မှုသက်တမ်းကို သိသိသာသာ လျော့ကျစေသည်။

၁။ ဖွဲ့စည်းမှုယန္တရား

အစိုင်အခဲအက်ကွဲကြောင်းများ၏ အဓိကယန္တရားသည် အစိုင်အခဲဖြစ်ခြင်း၏အဆုံးရှိ အမှုန်နယ်နိမိတ်များရှိ ကျန်ရှိနေသော အရည်အလွှာတွင် တည်ရှိသည်။ အစိုင်အခဲဖြစ်ခြင်းလုပ်ငန်းစဉ်အတွင်း အရည်ပျော်နေသောရေကန်ကို ဇုန်သုံးဇုန်ခွဲခြားထားသည်- ပုံ ၁ တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း အခမဲ့အရည်ဇုန်၊ ကန့်သတ်အရည်ဇုန်နှင့် အစိုင်အခဲဇုန်။ ကန့်သတ်အရည်ဇုန်တွင် အရည်စီးဆင်းမှုကို ပိတ်ဆို့ထားပြီး အစိုင်အခဲကျုံ့ခြင်းကြောင့် ဖြစ်ပေါ်လာသော ဆန့်နိုင်အားကို ပြန်လည်ဖြည့်တင်းပေးနိုင်ခြင်းမရှိသောကြောင့် အမှုန်နယ်နိမိတ်ခွဲထုတ်မှုကို ဖြစ်ပေါ်စေသည်။ အမှုန်နယ်နိမိတ်စွမ်းအင် (γgb) နှင့် အစိုင်အခဲ-အရည်မျက်နှာပြင်စွမ်းအင် (γsl) အချိုးသည် အရည်အလွှာ၏တည်ငြိမ်မှုကို ဆုံးဖြတ်သည်- γgb < 2γsl ဖြစ်ပါက အရည်အလွှာသည် မတည်မငြိမ်ဖြစ်ပြီး အမှုန်များပေါင်းစပ်ဖြစ်ပေါ်သည်။ ဆန့်ကျင်ဘက်အားဖြင့် အရည်အလွှာသည် တည်ငြိမ်ပြီး အက်ကွဲကြောင်းစတင်ဖြစ်ပေါ်လွယ်သည်။

ထို့အပြင်၊ အစိုင်အခဲအက်ကွဲကြောင်းများဖွဲ့စည်းခြင်းသည် ပစ္စည်းများ၏ သတ္တုဗေဒဂုဏ်သတ္တိများနှင့်လည်း ဆက်စပ်နေသည်။ မတူညီသောပစ္စည်းများတွင် အစိုင်အခဲအပူချိန်အပိုင်းအခြား၊ အစိုင်အခဲကျုံ့နှုန်းနှင့် သတ္တုစပ်ဒြပ်စင်များ ဖြန့်ဖြူးမှုစသည့် မတူညီသော အစိုင်အခဲဝိသေသလက္ခဏာများရှိသည်။ ဤဝိသေသလက္ခဏာများသည် အက်ကွဲကြောင်းများ၏ အာရုံခံနိုင်စွမ်းကို လွှမ်းမိုးသည်။ ဥပမာအားဖြင့်၊ အရည်ပျော်မှတ်နည်းသော ယူတက်တစ်အဆင့်များစွာပါရှိသော ပစ္စည်းများတွင်၊ အစိုင်အခဲအက်ကွဲကြောင်းများ၏ အာရုံခံနိုင်စွမ်းမှာ ပိုမိုမြင့်မားသည်၊ အဘယ်ကြောင့်ဆိုသော် ဤယူတက်တစ်အဆင့်များသည် အစိုင်အခဲဖြစ်စေခြင်းအတွင်း စဉ်ဆက်မပြတ်အရည်အလွှာများ ဖွဲ့စည်းနိုင်သောကြောင့် အက်ကွဲကြောင်းများဖွဲ့စည်းခြင်းကို ပိုမိုပြင်းထန်စေသည်။

ကာလအတွင်းလေဆာဂဟေဆက်ခြင်းလုပ်ငန်းစဉ်လေဆာပါဝါ၊ ဂဟေဆော်အမြန်နှုန်းနှင့် အစက်အရွယ်အစားကဲ့သို့သော ဂဟေဆော်မှုဆိုင်ရာ ကန့်သတ်ချက်များသည်လည်း အစိုင်အခဲအက်ကွဲကြောင်းများဖွဲ့စည်းခြင်းအပေါ် သက်ရောက်မှုရှိသည်။ ဤကန့်သတ်ချက်များသည် ဂဟေဆော်ခြင်းလုပ်ငန်းစဉ်အတွင်း အပူထည့်သွင်းမှုနှင့် အပူချိန်ပြောင်းလဲမှုကို သက်ရောက်မှုရှိပြီး အစိုင်အခဲဖွဲ့စည်းပုံနှင့် အမှုန်ပုံသဏ္ဍာန်ကို ပြောင်းလဲစေသည်။ ဥပမာအားဖြင့်၊ လေဆာပါဝါမြင့်မားခြင်းနှင့် ဂဟေဆော်အမြန်နှုန်းနိမ့်ခြင်းသည် အပူထည့်သွင်းမှုပိုများခြင်းနှင့် အအေးခံနှုန်းနှေးကွေးခြင်းကို ဖြစ်ပေါ်စေပြီး ၎င်းသည် ကော်လံနာပုံဆောင်ခဲများ၏ ကြီးထွားမှုကို မြှင့်တင်ပေးပြီး အက်ကွဲကြောင်းအာရုံခံနိုင်စွမ်းကို တိုးမြင့်စေသည်။ ဆန့်ကျင်ဘက်အားဖြင့် လေဆာပါဝါနည်းပါးခြင်းနှင့် ဂဟေဆော်အမြန်နှုန်းမြင့်မားခြင်းသည် အပူထည့်သွင်းမှုနည်းပါးခြင်းနှင့် အအေးခံနှုန်းပိုမိုမြန်ဆန်ခြင်းကို ဖြစ်ပေါ်စေပြီး ညီမျှသောပုံဆောင်ခဲများဖွဲ့စည်းခြင်းကို လွယ်ကူချောမွေ့စေပြီး အက်ကွဲကြောင်းအာရုံခံနိုင်စွမ်းကို လျော့ကျစေသည်။

၂။ နှိမ်နင်းရေး အစီအမံများ

အက်ကွဲကြောင်းများကို ထိရောက်စွာ နှိမ်နင်းရန်အတွက်လေဆာဂဟေဆော်ခြင်းသုတေသီများသည် အဓိကအားဖြင့် ဂျုံစေ့ဖွဲ့စည်းပုံကို ထိန်းချုပ်ခြင်း၊ ဂဟေဆက်ခြင်းဆိုင်ရာ ကန့်သတ်ချက်များကို အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင်ပြုလုပ်ခြင်းနှင့် ပစ္စည်းဂုဏ်သတ္တိများ တိုးတက်ကောင်းမွန်အောင်ပြုလုပ်ခြင်းတို့ကို အာရုံစိုက်သည့် ဗျူဟာအမျိုးမျိုးကို အဆိုပြုခဲ့ကြသည်။ ဂျုံစေ့ဖွဲ့စည်းပုံကို ပြုပြင်ပြောင်းလဲခြင်းဖြင့် ဂျုံစေ့နယ်နိမိတ်အရေအတွက်ကို တိုးမြှင့်နိုင်ပြီး ဖိစီးမှုအာရုံစူးစိုက်မှုပမာဏကို လျှော့ချနိုင်သောကြောင့် အက်ကွဲကြောင်းများဖွဲ့စည်းခြင်းကို လျှော့ချပေးနိုင်သည်။ လေဆာရောင်ခြည်တုန်ခါမှုနည်းပညာကို အသုံးပြုခြင်းဖြင့် အခြားပစ္စည်းများကို မထည့်ဘဲ ကော်လံနာပုံဆောင်ခဲများကို သေးငယ်သော equiaxed ပုံဆောင်ခဲများအဖြစ်သို့ ပြောင်းလဲနိုင်ကြောင်း လေ့လာမှုများက ပြသထားသည်။ လေဆာရောင်ခြည်တုန်ခါမှုသည် လေဆာစွမ်းအင်ကို ဖြန့်ကျက်စေပြီး အရည်ပျော်ကန်ကို လှိုင်းထစေပြီး ကော်လံနာပုံဆောင်ခဲများ၏ ကြီးထွားမှုဦးတည်ချက်ကို ချိုးဖျက်ကာ equiaxed ပုံဆောင်ခဲများဖွဲ့စည်းခြင်းကို မြှင့်တင်ပေးသည်၊ ပုံ ၃ တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း။ ထို့အပြင် လေဆာရောင်ခြည်တုန်ခါမှုသည် အရည်ပျော်ကန်၏ အကျယ်ကို တိုးမြှင့်ပေးနိုင်သည်၊ အပူချိန်ပြောင်းလဲမှုကို လျှော့ချပေးနိုင်သည်၊ အရည်ပျော်ကန်၏ အစိုင်အခဲအချိန်ကို ရှည်ကြာစေနိုင်သည်၊ ၎င်းသည် ပျော်ဝင်ပစ္စည်းများပျံ့နှံ့ခြင်းနှင့် အရည်ဖလင်များပြန်လည်ဖြည့်တင်းခြင်းကို အထောက်အကူပြုပြီး အစိုင်အခဲအက်ကွဲကြောင်းများ၏ အာရုံခံနိုင်စွမ်းကို သိသိသာသာ လျှော့ချပေးနိုင်သည်။

ရေကန်ပုံသဏ္ဍာန်အမျိုးမျိုးအောက်တွင် ဂျုံစေ့နယ်နိမိတ် အရည်အလွှာများ ဖြန့်ဖြူးမှု။

ဂဟေဆော်ထားသော အရည်ပျော်ကန်၏ ပုံကြမ်း၊ a၊ b) တုန်ခါမှုမရှိဘဲ၊ c၊ d) ဘေးတိုက်တုန်ခါမှု၊ e၊ f) အလျားလိုက်တုန်ခါမှု၊ g၊ h) ပတ်လည်တုန်ခါမှု။

ထို့အပြင်လေဆာရောင်ခြည်oscillation နည်းပညာ၊ dual laser sources များကို အသုံးပြုခြင်းသည်လည်း solidification crack များကို နှိမ်နင်းရန် ထိရောက်သော နည်းလမ်းများထဲမှ တစ်ခုဖြစ်သည်။ Dual laser sources များသည် thermal cycle ကို အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင် ပြုလုပ်ခြင်းဖြင့် columnar crystals မှ equiaxed crystals သို့ အသွင်ပြောင်းနိုင်ပြီး၊ ထို့ကြောင့် grain size နှင့် strain concentration ကို လျှော့ချပေးပါသည်။ ဥပမာအားဖြင့်၊ CO₂ laser ကို အဓိကအပူအရင်းအမြစ်အဖြစ် အသုံးပြုပြီး Nd:YAG pulsed laser ကို အရန်အပူအရင်းအမြစ်အဖြစ် အသုံးပြုသောအခါ၊ ဂဟေဆော်နေစဉ်အတွင်း အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင် ပြုလုပ်ထားသော thermal cycle ကို ဖန်တီးနိုင်ပြီး equiaxed crystals များဖွဲ့စည်းခြင်းကို မြှင့်တင်ပေးပြီး solidification crack များ၏ sensitivity ကို လျှော့ချပေးသည်ကို ပုံ ၄ တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း ဖြစ်သည်။

ဂဟေဆော်ခြင်းဆိုင်ရာ ကန့်သတ်ချက်များကို အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင်ပြုလုပ်ခြင်းသည်လည်း အစိုင်အခဲအက်ကွဲကြောင်းများကို နှိမ်နင်းရန် အရေးကြီးသောနည်းလမ်းတစ်ခုဖြစ်သည်။ လေဆာပါဝါ၊ ဂဟေဆော်အမြန်နှုန်းနှင့် အစက်အရွယ်အစားကဲ့သို့သော ကန့်သတ်ချက်များကို ချိန်ညှိခြင်းဖြင့် ဂဟေဆော်ခြင်းလုပ်ငန်းစဉ်အတွင်း အပူထည့်သွင်းမှုနှင့် အပူချိန်ပြောင်းလဲမှုကို ထိန်းချုပ်နိုင်ပြီး အစိုင်အခဲဖွဲ့စည်းပုံနှင့် အမှုန်ပုံသဏ္ဍာန်ကို လွှမ်းမိုးနိုင်သည်။ လေ့လာမှုများအရ ကြိုတင်အပူပေးခြင်းသည် အအေးခံနှုန်းကို လျှော့ချပေးနိုင်ပြီး equiaxed crystals များဖွဲ့စည်းခြင်းကို မြှင့်တင်ပေးနိုင်ပြီး ထို့ကြောင့် အစိုင်အခဲအက်ကွဲကြောင်းများ၏ အာရုံခံနိုင်စွမ်းကို လျှော့ချပေးနိုင်ကြောင်း ပြသထားသည်။ ထို့အပြင်၊ pulsed laser welding ကိုအသုံးပြုခြင်းနှင့် ဂဟေဆော်အမြန်နှုန်းကို တိုးမြှင့်ခြင်းကဲ့သို့သော နည်းလမ်းများသည် အပူထည့်သွင်းမှုနှင့် အအေးခံနှုန်းကို ပြောင်းလဲခြင်းဖြင့် columnar crystals မှ equiaxed crystals သို့ အသွင်ပြောင်းနိုင်ပြီး ထို့ကြောင့် အက်ကွဲကြောင်းများ၏ အာရုံခံနိုင်စွမ်းကို လျှော့ချပေးနိုင်သည်။

ပုံ ၅။ (က) အပူမပေးထားသော၊ (ခ) ၃၀၀°C တွင် ကြိုတင်အပူပေးထားသော ညီမျှသော အစေ့အဆန်များ။

မတူညီသောပစ္စည်းများကို လေဆာဖြင့် ဂဟေဆော်သောအခါ၊ ပစ္စည်းနှစ်ခုကြားတွင် ရုပ်ပိုင်းဆိုင်ရာနှင့် ဓာတုဂုဏ်သတ္တိများ သိသာထင်ရှားသော ကွာခြားချက်များကြောင့်၊ ကြွပ်ဆတ်သော သတ္တုဒြပ်ပေါင်းများသည် ဖြစ်ပေါ်လာလွယ်ပြီး ၎င်းသည် အစိုင်အခဲအက်ကွဲကြောင်းများ၏ အဓိကအကြောင်းရင်းများထဲမှ တစ်ခုဖြစ်သည်။ ထို့ကြောင့်၊ သတ္တုဒြပ်ပေါင်းများ ဖွဲ့စည်းမှု သို့မဟုတ် ပမာဏကို လျှော့ချရန် လေဆာ parameters များနှင့် settings များကို ချိန်ညှိခြင်းသည် အစိုင်အခဲအက်ကွဲကြောင်းများကို နှိမ်နင်းရန် အရေးကြီးသော ဗျူဟာတစ်ခုဖြစ်သည်။ ဥပမာအားဖြင့်၊ ကြေးနီ-အလူမီနီယမ် မတူညီသောပစ္စည်းများကို လေဆာဖြင့် ဂဟေဆော်ခြင်းတွင်၊ လေဆာရောင်ခြည်၏ offset နှင့် ဂဟေဆက်ခြင်းအမြန်နှုန်းကို ထိန်းချုပ်ခြင်းဖြင့်၊ အရည်ပျော်နေသော pool ရှိ ကြေးနီနှင့် အလူမီနီယမ် ရောစပ်အချိုးကို လျှော့ချနိုင်ပြီး၊ ထို့ကြောင့် ကြွပ်ဆတ်သော သတ္တုဒြပ်ပေါင်းများ ဖွဲ့စည်းမှုကို လျော့ကျစေပြီး အက်ကွဲကြောင်းများ၏ အာရုံခံနိုင်စွမ်းကို လျော့ကျစေသည်။ ထို့အပြင်၊ ဖြည့်စွက်ပစ္စည်းများကို အသုံးပြုခြင်းသည် ဂဟေဆက်အဆစ်၏ စွမ်းဆောင်ရည်ကို တိုးတက်စေပြီး အက်ကွဲကြောင်းများ ဖွဲ့စည်းမှုကို လျှော့ချနိုင်သည်။ ဖြည့်စွက်ပစ္စည်းများသည် ဂဟေဆက်အဆစ်၏ ဖွဲ့စည်းမှုနှင့် microstructure ကို ပြောင်းလဲခြင်းဖြင့် သတ္တုဒြပ်ပေါင်းများ ဖွဲ့စည်းမှုကို လျှော့ချနိုင်ပြီး ဂဟေဆက်အဆစ်၏ ခိုင်ခံ့မှုကို တိုးတက်စေနိုင်သည်။

လေဆာဂဟေဆက်ခြင်းလုပ်ငန်းစဉ်များတွင် အဖြစ်များသော ချို့ယွင်းချက်များထဲမှ တစ်ခုမှာ အစိုင်အခဲအက်ကွဲကြောင်းများဖြစ်သည်။ ၎င်းတို့၏ဖွဲ့စည်းမှုယန္တရားသည် ရှုပ်ထွေးပြီး အပူ၊ စက်ပိုင်းဆိုင်ရာနှင့် သတ္တုဗေဒကဲ့သို့သော အချက်များစွာ၏ အပြန်အလှန်အကျိုးသက်ရောက်မှု ပါဝင်သည်။ အစိုင်အခဲအက်ကွဲကြောင်းများ၏ ဖွဲ့စည်းမှုယန္တရားကို နက်နက်ရှိုင်းရှိုင်းလေ့လာခြင်းဖြင့် အက်ကွဲကြောင်းများကို နှိမ်နင်းရန်အတွက် သီအိုရီဆိုင်ရာအခြေခံကို ပေးစွမ်းနိုင်သည်။ မကြာသေးမီနှစ်များအတွင်း သုတေသီများသည် အစိုင်အခဲအက်ကွဲကြောင်းများကို နှိမ်နင်းရန် ဗျူဟာအမျိုးမျိုးကို အဆိုပြုခဲ့ကြပြီး အဓိကအားဖြင့် အမှုန်ဖွဲ့စည်းပုံကို ထိန်းချုပ်ခြင်း၊ ဂဟေဆက်ခြင်းဆိုင်ရာ ကန့်သတ်ချက်များကို အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင်ပြုလုပ်ခြင်းနှင့် ပစ္စည်းဂုဏ်သတ္တိများ တိုးတက်ကောင်းမွန်အောင်ပြုလုပ်ခြင်းတို့ကို အာရုံစိုက်ခဲ့ကြသည်။ ဤဗျူဟာများသည် အစိုင်အခဲအက်ကွဲကြောင်းများ၏ အာရုံခံနိုင်စွမ်းကို အတိုင်းအတာတစ်ခုအထိ ထိရောက်စွာလျှော့ချနိုင်ပြီး လေဆာဂဟေဆက်ခြင်း၏ အရည်အသွေးနှင့် ယုံကြည်စိတ်ချရမှုကို တိုးတက်ကောင်းမွန်စေကြောင်း လက်တွေ့က သက်သေပြခဲ့သည်။ သို့သော် လေဆာဂဟေဆက်ခြင်းလုပ်ငန်းစဉ်၏ ရှုပ်ထွေးမှုနှင့် မတူကွဲပြားမှုကြောင့် လက်ရှိသုတေသနတွင် အားနည်းချက်အချို့ ရှိနေသေးသည်။ ဥပမာအားဖြင့် မတူညီသောပစ္စည်းများနှင့် ဂဟေဆက်ခြင်းအခြေအနေများအောက်တွင် အစိုင်အခဲအက်ကွဲကြောင်းများ၏ တားဆီးမှုယန္တရားများအတွက် နောက်ထပ်နက်ရှိုင်းသော သုတေသနပြုလုပ်ရန် လိုအပ်နေဆဲဖြစ်သည်။