При свързване на стомана с алуминий, реакцията между атомите Fe и Al по време на процеса на свързване образува крехки интерметални съединения (IMC). Наличието на тези IMC ограничава механичната якост на връзката, следователно е необходимо да се контролира количеството им. Причината за образуването на IMC 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 жилавост, както и морфологични характеристики. Изследванията показват, че в сравнение с други IMC, слоят Fe2Al5 IMC се счита за най-крехък (11,8± 1,8 GPa) IMC фаза и е и основната причина за намаляване на механичните свойства поради повреда при заваряване. Тази статия изследва процеса на дистанционно лазерно заваряване на IF стомана и алуминий 1050, използвайки регулируем пръстеновиден лазер, и изследва задълбочено влиянието на формата на лазерния лъч върху образуването на интерметални съединения и механичните свойства. Чрез регулиране на съотношението мощност ядро/пръстен е установено, че в режим на проводимост, съотношение мощност ядро/пръстен от 0,2 може да постигне по-добра площ на свързване на заваръчния интерфейс и значително да намали дебелината на Fe2Al5 IMC, като по този начин подобри якостта на срязване на съединението.
Тази статия представя влиянието на регулируем пръстеновиден лазер върху образуването на интерметални съединения и механичните свойства по време на дистанционно лазерно заваряване на IF стомана и алуминий 1050. Резултатите от изследването показват, че в режим на проводимост, съотношение на мощността ядро/пръстен от 0,2 осигурява по-голяма площ на свързване на заваръчния интерфейс, което се отразява в максимална якост на срязване от 97,6 N/mm2 (ефективност на съединението от 71%). Освен това, в сравнение с Гаусови лъчи със съотношение на мощността по-голямо от 1, това значително намалява дебелината на интерметалното съединение (IMC) Fe2Al5 с 62% и общата дебелина на IMC с 40%. В режим на перфорация са наблюдавани пукнатини и по-ниска якост на срязване в сравнение с режима на проводимост. Заслужава да се отбележи, че е наблюдавано значително изтъняване на зърната в заваръчния шев, когато съотношението мощността ядро/пръстен е 0,5.
Когато r=0, се генерира само захранване на контура, докато когато r=1, се генерира само захранване на ядрото.
Схематична диаграма на съотношението на мощността r между Гаусов лъч и пръстеновидния лъч
(a) Заваръчно устройство; (b) 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 в режим на частично проникваща шлюзова дупка (ID 3-5), с поява на видими пукнатини. Когато мощността на пръстена се увеличи от 0 до 1000 W, нямаше видими пукнатини при ID 7 и дълбочината на обогатяване с желязо беше относително малка. Когато мощността на пръстена се увеличи до 2000 и 2500 W (ID 9 и 10), дълбочината на зоната, богата на желязо, се увеличава. Прекомерно напукване при мощност на пръстена 2500 W (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; При сравнение на ID 12 и ID 7, въпреки че общата мощност (6000 W) е еднаква, ID 7 реализира режим на заключен отвор. Това се дължи на значителното намаляване на плътността на мощността при ID 12 поради характеристиката на доминиращата верига (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: Кондуктивният режим (ID 16 и 17) е постигнат при мощност на ядрото 1500 W и мощност на пръстена 3000 W и 3500 W. Когато мощността на ядрото е 3000 W и мощността на пръстена е между 1500 W и 2500 W (ID 19-20), на границата между богато желязо и богат алуминий се появяват очевидни пукнатини, образувайки локално проникващ модел от малки отвори. Когато мощността на пръстена е 3000 и 3500 W (ID 21 и 22), се постига режим на пълно проникване.
Представителни изображения на напречно сечение на всяка идентификация на заваряване под оптичен микроскоп
Фигура 4. (а) Връзката между максималната якост на опън (UTS) и съотношението на мощността при заваръчни тестове; (б) Общата мощност на всички заваръчни тестове
Фигура 5. (a) Връзка между съотношението на страните и UTS; (b) Връзка между удължението и дълбочината на проникване и UTS; (c) Плътност на мощността за всички заваръчни тестове
Фигура 6. (ac) Карта на контурите на вдлъбнатините с микротвърдост по Викерс; (df) Съответстващи SEM-EDS химични спектри за представително заваряване в режим на проводимост; (g) Схематична диаграма на интерфейса между стомана и алуминий; (h) Fe2Al5 и обща дебелина на IMC на заварките в режим на проводимост
Фигура 7. (ac) Карта на контурите на вдлъбнатините с микротвърдост по Викерс; (df) Съответстващ SEM-EDS химичен спектър за представително заваряване с локално проникване и перфорация
Фигура 8. (ac) Карта на контурите на вдлъбнатините с микротвърдост по Викерс; (df) Съответстващ SEM-EDS химичен спектър за представително заваряване с перфорация с пълно проникване
Фигура 9. EBSD графиката показва размера на зърната в богатата на желязо област (горна плоча) при теста за перфорация с пълно проникване и количествено определя разпределението на размера на зърната.
Фигура 10. SEM-EDS спектри на границата между богато желязо и богат алуминий
Това проучване изследва влиянието на ARM лазера върху образуването, микроструктурата и механичните свойства на междинния наплавъчен въглерод (IMC) в разнородни заварени съединения от алуминиева сплав IF стомана-1050. В проучването са разгледани три режима на заваряване (режим на проводимост, режим на локално проникване и режим на пълно проникване) и три избрани форми на лазерния лъч (гаусов лъч, пръстеновиден лъч и гаусов пръстеновиден лъч). Резултатите от изследването показват, че изборът на подходящо съотношение на мощност на гаусовия лъч и пръстеновидния лъч 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 със съотношение на мощност 0,2 осигурява най-добрата якост на заваряване (71% ефективност на съединението). В режим на перфорация, гаусовият лъч произвежда по-голяма дълбочина на заваряване и по-високо съотношение на страните, но интензитетът на заваряване е значително намален. Пръстеновият лъч със съотношение на мощност 0,5 има значително влияние върху рафинирането на страничните зърна на стоманата в заваръчния шев. Това се дължи на по-ниската пикова температура на пръстеновидната греда, водеща до по-бърза скорост на охлаждане, и на ефекта на ограничаване на растежа от миграцията на разтвореното Al към горната част на заваръчния шев върху зърнестата структура. Съществува силна корелация между микротвърдостта по Викерс и прогнозата на Thermo Calc за процента на фазовия обем. Колкото по-голям е обемният процент на Fe4Al13, толкова по-висока е микротвърдостта.
Време на публикуване: 25 януари 2024 г.
