01 Makale Giriş: Olağanüstü yüksek özgül mukavemetleri nedeniyle titanyum alaşımları, havacılık ve{1}son teknoloji ekipman imalatı alanlarında kritik yapısal malzemeler olarak hizmet eder. Ancak lazer kaynak işlemi sırasında bu alaşımlar plazma dalgalanmaları, kararsız kaynak nüfuziyeti ve sıcak çatlama gibi sorunlara eğilimlidir. Ne geleneksel sürekli lazer kaynağı ne de ark-lazer hibrit kaynağı, yüksek hassasiyet ve düşük kusur oranlarıyla karakterize edilen istikrarlı kaynak oluşumunu güvenilir bir şekilde sağlayamaz; dahası, geleneksel kapalı döngü kontrol sistemleri, yetersiz gerçek zamanlı yanıt verme ve-belirli süreç modellerine aşırı bağımlılık nedeniyle ortaya çıkan sınırlamaların üstesinden gelmekte zorlanır. Spektral özelliklere dayalı-serbest uyarlanabilir kaynak-modeli-hassas ısı girişi kontrolü ve hızlı düzenleyici tepkisi sayesinde bu zorluklara umut verici bir çözüm olarak ortaya çıkmıştır. Bununla birlikte, titanyum alaşımlarının lazer kaynağı sırasında spektral özelliklerin evrimsel modelleri ve kaynak nüfuziyetini yöneten dinamik tepki mekanizmaları büyük ölçüde belirsizliğini koruyor. Bu bilgi boşluğunu ele alan bu çalışmada, kaynak dikişlerinin tipik mikro yapısını ve ilgili plazma spektral özelliklerini karakterize etmek için değişken-parametreli lazer kaynak deneyleri kullanılmaktadır. Bu spektral sinyallere dayanarak, nüfuz etme stabilitesi, çatlama duyarlılığı ve kaynak parametreleri arasındaki içsel korelasyonları araştırmak amacıyla kaynak nüfuziyeti için çevrimiçi bir ölçüm yöntemi oluşturulmuştur. Daha sonra, yüksek kaliteli kaynak elde etmek için spektrum-güdümlü bir model-bağımsız denetleyici uygulanır ve elde edilen bağlantıların mekanik özellikleri ve kaynak oluşum kalitesi kapsamlı bir şekilde değerlendirilir. Bu araştırma, titanyum alaşımları için yüksek{20}}performanslı lazer kaynağının gerçekleştirilmesi için hem teorik hem de deneysel destek sağlamaktadır.
02 Tam Metin Genel Bakış: Bu belge, titanyum alaşımlarının darbeli lazer kaynağındaki kritik zorlukları-özellikle çevrimiçi eriyik havuzu derinliği tespitinin zorluğunu, eriyik havuzu derinliğinin değişen ısı dağılımı koşullarının neden olduğu dalgalanmalara karşı duyarlılığını ve geleneksel kontrol yöntemlerinin yetersiz hassasiyetini ele almaktadır. Temel teknik yaklaşımlar olarak spektral tanılama ve model-serbest uyarlamalı kontrolü kullanan bu çalışma, erime havuzu derinliğinin çevrimiçi tespitini ve kapalı-döngü kontrolünü araştırıyor. Makale, plazma spektrumu edinimi ve darbeli lazer kaynağı için deneysel bir platform oluşturuyor; bir dizi değişken-hızlı kaynak deneyi yoluyla, spektral sinyalleri eriyik havuzu derinliklerine bağlayan ilgili verileri elde eder. Spektral özelliklerin çıkarılmasında t-SNE ve UMAP-gibi boyut azaltma tekniklerinin-etkinliğini karşılaştırır ve erime havuzu derinliğini tahmin etmek için bir BP sinir ağı oluşturur. Eş zamanlı olarak, karakteristik bir parametre olarak spektral yoğunluk oranı R3 (Ti I 503,995 nm / Ti I 586,919 nm) seçilir; Hammerstein modeli ve Parçacık Sürü Optimizasyonu temel alınarak sistemin dinamik özellikleri tanımlanır ve erime havuzu derinliğinin kararlı kontrolünü sağlamak için modelden bağımsız uyarlanabilir bir denetleyici tasarlanmıştır. Sonuçlar, UMAP boyutluluk azaltımı yoluyla işlenen spektral özelliklerin en yüksek tahmin doğruluğunu (R²=0.982) sağladığını ve spektral yoğunluk oranı R3'ün erime havuzu derinliği ile önemli bir negatif korelasyon sergilediğini, dolayısıyla derinliğin gerçek-zamanlı karakterizasyonuna olanak sağladığını göstermektedir. Tasarlanan MFAC denetleyicisi hızlı bir yerleşme süresine ve minimum düzeyde aşıma sahiptir; değişen ısı dağılımı koşulları altında, kaynak dikişlerinin %87,3'ü, yalnızca 0,0986 standart sapma ile 2,20 ± 0,15 mm aralığında sabit bir eriyik havuzu derinliğini korudu. Bu araştırma, titanyum alaşımlarının lazer kaynağında eriyik havuzu derinliğinin çevrimiçi tespitini ve istikrarlı kontrolünü başarıyla gerçekleştirerek havacılık ve uzay sektöründeki karmaşık bileşenlerde kaynak kalitesinin hassas bir şekilde düzenlenmesi için etkili bir metodoloji sağlar.
03 Resimli Analiz: Şekil 1, darbeli lazer kaynak işleminin spektral veri toplamasının ve sayısal simülasyonunun görselleştirmesini sunmaktadır. Farklı kaynak hızlarında karakteristik spektral çizgi Ti I 503,995 nm'nin yoğunluk değişim eğrilerinin yanı sıra darbeli lazer ışınımı altında kaynak bölgesi içindeki sıcaklık alanının gelişimini gösterir. Sonuçlar, spektral yoğunluğun kaynak hızıyla doğrusal olmayan bir ilişki sergilediğini göstermektedir. Kaynak hızı arttıkça, ısı girdisi azalır-bu da uyarılmış plazma parçacıklarının azalmasına yol açar- ve spektral çizgi yoğunluğu başlangıçta azalır. Ancak hız daha da artırıldıkça kaynağın derinlik-genişlik{-oranı artar; sonuç olarak, sinyal edinme noktası plazmanın çekirdeğine yaklaşarak spektral yoğunluğun daha sonra artmasına neden olur.
Şekil 2, kaynak nüfuziyet derinliği çıkarma işleminin şematik bir gösterimini sunmaktadır. Darbeli lazer kaynağının ardından titanyum alaşımlı kaynaklara uygulanan,-uzunlamasına metalografik kesitlerin hazırlanmasını, gri tonlamalı dönüşümü, ikilileştirmeyi ve kenar çıkarmayı kapsayan-bu sayede ana metali kaynak füzyon bölgesinden net bir şekilde ayıran, nüfuz derinliğinin sınırlarını kesin olarak tanımlayan ve nüfuz derinliği değerlerinin otomatik ölçümünü ve kalibrasyonunu mümkün kılan metodolojiyi gösterir.
Şekil 2, kaynak nüfuziyet derinliği çıkarma işleminin şematik bir gösterimini sunmaktadır. Darbeli lazer kaynağının ardından titanyum alaşımlı kaynaklara uygulanan,-uzunlamasına metalografik kesitlerin hazırlanmasını, gri tonlamalı dönüşümü, ikilileştirmeyi ve kenar çıkarmayı kapsayan-bu sayede ana metali kaynak füzyon bölgesinden net bir şekilde ayıran, nüfuz derinliğinin sınırlarını kesin olarak tanımlayan ve nüfuz derinliği değerlerinin otomatik ölçümünü ve kalibrasyonunu mümkün kılan metodolojiyi gösterir.
Şekil 3, farklı yöntemler kullanılarak işlenen verilere yönelik bir korelasyon katsayısı haritası sunmakta olup, erime derinliği ile üç farklı yaklaşımla elde edilen özellikler arasındaki korelasyon katsayılarının büyüklüğünü göstermektedir: t-SNE boyutsal azalma, UMAP boyutsallık azaltma ve spektral yoğunluk oranı R3. Sonuçlar, spektral yoğunluk oranı R3'ün (Ti I 503,995 nm / Ti I 586,919 nm), erime derinliği ile en yüksek korelasyonu sergilediğini ve −0,886-katsayıya ulaştığını göstermektedir; bu performans, doğrusal olmayan iki boyutsallık azaltma yöntemi olan t-SNE ve UMAP'ınkinden önemli ölçüde üstündür. Bu, spektral yoğunluk oranının erime derinliğindeki değişikliklere karşı en duyarlı olduğunu ve en güçlü karakterizasyon kapasitesine sahip olduğunu göstermektedir; bu nedenle, erime derinliğinin çevrimiçi tespiti ve modelden bağımsız uyarlanabilir kontrolü için temel bir özellik olarak hizmet eder.
03 Özet: Titanyum alaşımlarının darbeli lazer kaynağında eriyik havuzu derinliği dalgalanması ve çevrimiçi tespitin zorluklarını ele alan bu makale, çevrimiçi eriyik havuzu derinliği tespitini ve spektroskopik teşhise dayalı-modelsiz uyarlamalı kontrolü araştırıyor. Plazma emisyon spektrumları elde edilerek ve t-SNE ve UMAP boyutluluk azaltımından türetilen özelliklerin karakterizasyon etkililiği spektral yoğunluk oranlarına karşı karşılaştırılarak, R3 yoğunluk oranının (Ti I 503,995 nm / Ti I 586,919 nm) erime havuzu derinliğiyle güçlü bir korelasyon-özellikle, bir korelasyon katsayısı sergilediği keşfedildi. -0,886-böylece hassas karakterizasyona olanak sağlar. Bu spektral özelliğe dayanarak, parametre optimizasyonunu sağlamak için Hammerstein modeli ve Parçacık Sürü Optimizasyonu algoritmasının bir kombinasyonunu kullanan, modelden bağımsız bir uyarlanabilir kontrol sistemi inşa edildi. Hem simülasyon hem de deneysel sonuçlar, kontrol sisteminin hızlı yanıt ve minimum düzeyde aşma özelliğine sahip olduğunu göstermektedir; ayrıca değişen ısı dağılımı koşullarında bile kaynak dikişlerinin %87,3'ü olan eriyik havuzu derinliğini 2,20 ± 0,15 mm sabit aralıkta başarıyla korur. Bu çalışma, titanyum alaşımlı lazer kaynağında eriyik havuzu derinliğinin gerçek zamanlı izlenmesini ve kararlı kontrolünü gerçekleştirerek üst düzey ekipman imalatında kaynak kalitesinin kapalı döngü düzenlemesi için etkili bir teknik çözüm sağlar.
