01
Pengenalan Kertas
Kimpalan laser dalam mod penembusan-dalam mewakili proses penyambungan logam yang sangat menjanjikan dalam pembuatan moden; namun, penggunaannya sering terhalang oleh berlakunya kecacatan keliangan. Memandangkan pembentukan liang melibatkan sangat tidak linear dan berbilang-proses fizikal berganding-dan sukar untuk memantau *in situ* dalam logam legap-meramalkan kecacatan keliangan dengan tepat dan mekanisme pembentukan asasnya kekal sebagai cabaran yang menggerunkan. Kajian parametrik tradisional dan model pembelajaran mesin hanya berdasarkan parameter kimpalan mentah mengalami pengehadan mengenai keupayaan generalisasi, ketepatan dalam meramalkan-liang duduk dalam dan kebolehtafsiran. Menangani isu kritikal ini, kajian ini mencadangkan rangka kerja{8}}Pembelajaran Mendalam Bermaklumat Fizik (PIDL) yang inovatif. Dengan menyepadukan pemodelan mekanistik dengan data eksperimen, rangka kerja ini bertujuan untuk meramal dengan tepat kadar keliangan semasa kimpalan laser aloi aluminium dan untuk menjelaskan mekanisme fizikal asas yang bertanggungjawab untuk pembentukannya.
02
**Gambaran Keseluruhan Kajian**
Kajian ini menangani isu keliangan dalam kimpalan laser-masalah yang berpunca daripada fenomena kompleks seperti ketidakstabilan lubang kunci, dinamik kolam cair dan pemejalan-dengan mencadangkan rangka kerja ramalan baru yang menyepadukan simulasi berangka multifizik dengan pembelajaran mendalam. Penyelidikan bermula dengan menggunakan model multifizik yang disahkan secara eksperimen untuk mengekstrak pembolehubah fizikal utama secara sistematik yang dikaitkan dengan kestabilan lubang kunci, geometri kolam cair, aliran logam cecair dan ciri terma. Berdasarkan asas ini, model PIDL telah dibina; berbanding model pembelajaran mendalam tradisional yang dilatih semata-mata pada parameter proses, model ini mencapai pengurangan ketara sebanyak 41% dalam ralat kuasa dua (MSE). Untuk meningkatkan kebolehtafsiran model, penyelidik mensintesis pembolehubah fizikal ini ke dalam ciri tanpa dimensi dengan kepentingan fizikal yang jelas (cth, nisbah aspek lubang kunci, nombor Stokes, dll.). Akhir sekali, dengan memanfaatkan analisis SHAP (Shapley Additive Explanations), kajian ini secara kuantitatif mendedahkan-buat pertama kali-kepentingan hierarki pelbagai faktor fizikal dalam proses pembentukan keliangan. Penemuan mengenal pasti nisbah aspek lubang kunci dan rintangan aliran yang didorong oleh aliran cair ke bawah sebagai dua penentu paling kritikal pembentukan keliangan, dengan itu memberikan panduan yang jelas untuk pengoptimuman proses.
03
Analisis Visual
Rajah 1 menggambarkan imej pengedaran liang biasa yang diperoleh di bawah pelbagai parameter kimpalan, berikutan pemprosesan melalui pemeriksaan-sinar X dan algoritma pengecaman imej. Angka tersebut menunjukkan bahawa apabila gabungan parameter kimpalan berbeza-beza, perbezaan ketara muncul dalam kuantiti, saiz, dan taburan liang dalam jahitan kimpalan; data keliangan ini berfungsi sebagai label untuk latihan model pembelajaran mendalam yang seterusnya.
Rajah 2 membentangkan gambarajah skematik model berangka multifizik yang digunakan dalam kajian ini. Dengan menyelesaikan persamaan pemuliharaan untuk jisim, momentum dan tenaga-dan menggabungkan-algoritma pengesanan sinar-model ini mengira dengan tepat pantulan berbilang dan penyerapan tenaga pancaran laser dalam lubang kunci. Rajah 2(a) menggambarkan pendiskretan pancaran laser kepada banyak sub-sinar, setiap satu membawa jumlah tenaga tertentu; Rajah 2(b) secara geometri menggambarkan pinggang rasuk laser; dan Rajah 2(c) secara visual memaparkan proses kompleks berbilang pantulan yang dilalui oleh sub{10}}sinar laser di dalam lubang kunci. Model ini menyediakan tiga-maklumat sementara, morfologi lubang kunci dan medan aliran kolam cair-yang sukar diperoleh secara eksperimen-sehingga memberikan ciri input kritikal untuk pembinaan model PIDL.
Rajah 3 membentangkan keputusan pengesahan model multifizik, membandingkan nilai diukur secara eksperimen dengan ramalan model untuk kedalaman kolam cair (Rajah. 3(a)) dan panjang kolam cair (Rajah. 3(b)) di bawah parameter proses melampau. Keputusan menunjukkan persetujuan yang kukuh antara ramalan model dan data eksperimen; khususnya, ralat relatif untuk ramalan kedalaman kolam cair berada dalam julat -6.3% hingga 20.9%, manakala ralat untuk ramalan panjang kolam cair adalah antara -16.9% hingga 20.4%. Keputusan pengesahan ini mengesahkan ketepatan tinggi model multifizik yang telah ditetapkan, menunjukkan keupayaannya untuk menyediakan data pembolehubah fizikal yang boleh dipercayai untuk model pembelajaran mendalam seterusnya.
Rajah 4 menggambarkan prestasi model PIDL-dilatih menggunakan set data pembolehubah fizikal langsung-dalam meramalkan keliangan. Rajah 4(a) menunjukkan bahawa kehilangan berfungsi untuk semua sub-model dalam rangka kerja pembelajaran ensemble berkumpul dengan berkesan. Rajah 4(b) dan 4(c) menunjukkan perbandingan antara keliangan yang diramalkan model dan keliangan sebenar pada set latihan dan ujian, masing-masing. Keputusan menunjukkan bahawa model PIDL mencapai MSE sebanyak 0.32 pada set latihan dan 0.75 pada set ujian, dengan itu menunjukkan keupayaan kaedah untuk mempelajari secara berkesan hubungan tak linear yang kompleks antara pembolehubah fizikal dan keliangan, dan untuk mencapai ramalan kuantitatif yang agak tepat.
04
Kesimpulan
Menangani cabaran yang berkaitan dengan sifat-}yang sukar untuk-diramalkan dan-sukar untuk-mengakui punca kecacatan keliangan dalam kimpalan penembusan-dalam laser, kaedah ramalan pembelajaran mendalam bermaklumat fizik baru (PIDL) telah dicadangkan dan disahkan. Kajian ini membina set data dengan memilih pembolehubah fizikal daripada model medan fizik berbilang-, merangkumi empat kategori utama: faktor termodinamik, aliran logam cecair, faktor berkaitan lubang kunci-dan geometri kolam cair. Keputusan eksperimen menunjukkan bahawa, berbanding model pembelajaran mendalam tradisional berdasarkan parameter proses semata-mata, model PIDL yang dicadangkan mencapai pengurangan ketara sebanyak 41% dalam ramalan Ralat Min Kuasa Dua (MSE). Telah dikenal pasti bahawa halaju aliran ke bawah maksimum dan kedalaman lubang kunci adalah dua pembolehubah fizikal paling kritikal yang mengawal pembentukan keliangan; tambahan pula, kedua-duanya mempamerkan korelasi monoton dengan tahap keliangan, manakala sumbangan masa pemejalan dan saiz kolam cair adalah agak kecil dan tidak-monotonik. Dengan menggunakan teknik gabungan ciri untuk mengubah pembolehubah fizikal kepada ciri tanpa dimensi-yang menerangkan pembentukan, gerakan dan pemerangkapan buih secara berkesan-kajian bukan sahaja mengurangkan dimensi ciri tetapi juga mengekalkan ketepatan ramalan yang ketara, sambil memberikan model dengan kebolehtafsiran fizikal yang lebih jelas dan kestabilan statistik yang dipertingkatkan. Berdasarkan analisis kebolehtafsiran SHAP, jelas telah ditetapkan bahawa nisbah aspek lubang kunci mempamerkan korelasi positif yang kuat dengan tahap keliangan, dengan itu berfungsi sebagai penunjuk berkesan untuk menilai secara langsung kecenderungan untuk pembentukan keliangan; pada masa yang sama, daya seret aliran ke bawah-yang dicirikan oleh nombor Stokes-juga didapati memberi pengaruh yang ketara pada pembentukan keliangan.
