При свързване на стомана към алуминий, реакцията между Fe и Al атоми по време на процеса на свързване образува крехки интерметални съединения (IMC). Наличието на тези IMC ограничава механичната якост на връзката, поради което е необходимо да се контролира количеството на тези съединения. Причината за образуването на IMCs е, че разтворимостта на Fe в Al е лоша. Ако надвиши определено количество, това може да повлияе на механичните свойства на заваръчния шев. IMC имат уникални свойства като твърдост, ограничена пластичност и издръжливост и морфологични характеристики. Изследванията са установили, че в сравнение с други IMC, Fe2Al5 IMC слоят се счита за най-крехък (11,8± 1,8 GPa) IMC фаза и също така е основната причина за намаляването на механичните свойства поради неизправност при заваряване. Тази статия изследва процеса на дистанционно лазерно заваряване на IF стомана и алуминий 1050 с помощта на лазер с регулируем пръстен и изследва задълбочено влиянието на формата на лазерния лъч върху образуването на интерметални съединения и механични свойства. Чрез регулиране на съотношението на мощността на сърцевината/пръстена беше установено, че при режим на проводимост, съотношението на мощността на сърцевина/пръстен от 0,2 може да постигне по-добра свързваща повърхност на заваръчния интерфейс и значително намаляване на дебелината на Fe2Al5 IMC, като по този начин подобрява якостта на срязване на съединението .
Тази статия представя влиянието на лазера с регулируем пръстен върху образуването на интерметални съединения и механични свойства по време на дистанционно лазерно заваряване на IF стомана и алуминий 1050. Резултатите от изследването показват, че при режим на проводимост съотношението мощност на сърцевина/пръстен от 0,2 осигурява по-голяма свързваща повърхност на заваръчния интерфейс, което се отразява от максимална якост на срязване от 97,6 N/mm2 (ефективност на съединението от 71%). В допълнение, в сравнение с гаусовите лъчи с коефициент на мощност по-голям от 1, това значително намалява дебелината на интерметалното съединение Fe2Al5 (IMC) с 62% и общата дебелина на IMC с 40%. В режим на перфорация се наблюдават пукнатини и по-ниска якост на срязване в сравнение с режима на проводимост. Струва си да се отбележи, че се наблюдава значително усъвършенстване на зърното в заваръчния шев, когато съотношението мощност на сърцевина/пръстен е 0,5.
Когато r=0, се генерира само мощност на веригата, докато когато r=1, се генерира само мощност на ядрото.
Схематична диаграма на съотношението на мощността r между Гаусов лъч и пръстеновиден лъч
а) устройство за заваряване; б) дълбочината и ширината на профила на заваръчния шев; (c) Схематична диаграма на показване на настройките на пробата и приспособлението
MC тест: Само в случай на гаусов лъч, заваръчният шев първоначално е в режим на плитка проводимост (ID 1 и 2), а след това преминава към режим на частично проникване на отвори (ID 3-5), с видими появяващи се пукнатини. Когато мощността на пръстена се увеличи от 0 до 1000 W, нямаше очевидни пукнатини при ID 7 и дълбочината на обогатяване с желязо беше сравнително малка. Когато мощността на пръстена се увеличи до 2000 и 2500 W (ID 9 и 10), дълбочината на богатата на желязо зона се увеличава. Прекомерно напукване при 2500w мощност на пръстена (ID 10).
MR тест: Когато мощността на сърцевината е между 500 и 1000 W (ID 11 и 12), заваръчният шев е в режим на проводимост; Сравнявайки ID 12 и ID 7, въпреки че общата мощност (6000w) е една и съща, ID 7 прилага режим на заключване. Това се дължи на значителното намаляване на плътността на мощността при ID 12 поради доминиращата характеристика на контура (r=0,2). Когато общата мощност достигне 7500 W (ID 15), може да се постигне режим на пълно проникване и в сравнение с 6000 W, използвани в ID 7, мощността на режим на пълно проникване е значително увеличена.
IC тест: Кондуктивен режим (ID 16 и 17) беше постигнат при 1500w мощност на ядрото и 3000w и 3500w мощност на пръстена. Когато мощността на сърцевината е 3000w и мощността на пръстена е между 1500w и 2500w (ID 19-20), очевидни пукнатини се появяват на границата между богатото желязо и богатия алуминий, образувайки локална проникваща шарка на малки дупки. Когато мощността на пръстена е 3000 и 3500 w (ID 21 и 22), постигнете режим на пълно проникване в ключалка.
Представителни изображения на напречно сечение на всяка идентификация на заваряване под оптичен микроскоп
Фигура 4. (a) Връзката между крайната якост на опън (UTS) и съотношението на мощността при заваръчни тестове; б) Общата мощност на всички тестове за заваряване
Фигура 5. (a) Връзка между пропорциите и UTS; (b) Връзката между разширение и дълбочина на проникване и UTS; в) Плътност на мощността за всички тестове за заваряване
Фигура 6. (ac) Контурна карта на отстъпа на микротвърдост по Викерс; (df) Съответстващи SEM-EDS химични спектри за представително проводящо заваряване; ж) схематична диаграма на интерфейса между стомана и алуминий; (h) Fe2Al5 и обща IMC дебелина на проводящи заварки
Фигура 7. (ac) Контурна карта на отстъпа на микротвърдост по Викерс; (df) Съответен SEM-EDS химичен спектър за представително заваряване в режим на локално проникване и перфорация
Фигура 8. (ac) Контурна карта на отстъпа на микротвърдост по Викерс; (df) Съответстващ SEM-EDS химичен спектър за представително заваряване в режим на перфорация с пълно проникване
Фигура 9. Графиката на EBSD показва размера на зърното на богатата на желязо област (горна плоча) в теста за режим на перфорация при пълно проникване и количествено определя разпределението на размера на зърното
Фигура 10. SEM-EDS спектри на интерфейса между богато желязо и богат алуминий
Това проучване изследва ефектите на ARM лазера върху образуването, микроструктурата и механичните свойства на IMC в IF стомана-1050 алуминиева сплав с различни заварени съединения. Проучването разглежда три режима на заваряване (режим на проводимост, режим на локално проникване и режим на пълно проникване) и три избрани форми на лазерен лъч (гаусов лъч, пръстеновиден лъч и гаусов пръстеновиден лъч). Резултатите от изследването показват, че изборът на подходящо съотношение на мощността на Гаусовата греда и пръстеновидната греда е ключов параметър за контролиране на образуването и микроструктурата на вътрешния модален въглерод, като по този начин се максимизират механичните свойства на заваръчния шев. В режим на проводимост, кръгъл лъч с коефициент на мощност от 0,2 осигурява най-добрата якост на заваряване (71% ефективност на съединението). В режим на перфорация гауссовият лъч произвежда по-голяма дълбочина на заваряване и по-високо съотношение на страните, но интензитетът на заваряване е значително намален. Пръстеновидната греда с коефициент на мощност 0,5 има значително влияние върху усъвършенстването на стоманените странични зърна в заваръчния шев. Това се дължи на по-ниската пикова температура на пръстеновидната греда, водеща до по-бърза скорост на охлаждане, и ефекта на ограничаване на растежа на миграцията на разтворено вещество Al към горната част на заваръчния шев върху структурата на зърната. Съществува силна корелация между микротвърдостта по Vickers и предсказанието на Thermo Calc за обемния процент на фазата. Колкото по-голям е обемният процент на Fe4Al13, толкова по-висока е микротвърдостта.
Време на публикуване: 25 януари 2024 г
