Acél és alumínium összekapcsolásakor a vas és az Al atomok közötti reakció a csatlakozási folyamat során rideg intermetallikus vegyületeket (IMC) képez. Ezen IMC-k jelenléte korlátozza a csatlakozás mechanikai szilárdságát, ezért szükséges ezen vegyületek mennyiségének szabályozása. Az IMC-k képződésének oka, hogy a Fe oldékonysága Al-ban gyenge. Ha túllép egy bizonyos mennyiséget, az befolyásolhatja a varrat mechanikai tulajdonságait. Az IMC-k olyan egyedi tulajdonságokkal rendelkeznek, mint a keménység, a korlátozott rugalmasság és szívósság, valamint a morfológiai jellemzők. A kutatások azt találták, hogy más IMC-kkel összehasonlítva a Fe2Al5 IMC réteget tartják a legtörékenyebbnek (11,8± 1,8 GPa) IMC fázis, és ez a fő oka a mechanikai tulajdonságok hegesztési meghibásodás miatti csökkenésének. Ez a cikk IF acél és 1050 alumínium távoli lézeres hegesztési folyamatát vizsgálja állítható gyűrűs üzemmódú lézer segítségével, és mélyrehatóan vizsgálja a lézersugár alakjának hatását az intermetallikus vegyületek képződésére és a mechanikai tulajdonságokra. A mag/gyűrű teljesítményarány beállításával azt találtuk, hogy vezetési módban a 0,2-es mag/gyűrű teljesítményarány jobb hegesztési felület kötési felületet érhet el, és jelentősen csökkentheti a Fe2Al5 IMC vastagságát, ezáltal javítva a kötés nyírószilárdságát. .
Ez a cikk bemutatja az állítható gyűrűs üzemmódú lézer hatását az intermetallikus vegyületek képződésére és a mechanikai tulajdonságokra IF acél és 1050 alumínium távoli lézeres hegesztése során. A kutatási eredmények azt mutatják, hogy vezetési üzemmódban a 0,2-es mag/gyűrű teljesítményarány nagyobb hegesztési felület kötési felületet biztosít, amit a maximális 97,6 N/mm2 nyírószilárdság (71%-os illesztési hatásfok) tükröz. Ezenkívül az 1-nél nagyobb teljesítményarányú Gauss-nyalábokhoz képest ez jelentősen, 62%-kal csökkenti a Fe2Al5 intermetallikus vegyület (IMC) vastagságát, és 40%-kal csökkenti a teljes IMC vastagságot. A perforációs módban repedések és kisebb nyírószilárdság volt megfigyelhető a vezetési módhoz képest. Érdemes megjegyezni, hogy jelentős szemcsefinomulás volt megfigyelhető a hegesztési varratban, amikor a mag/gyűrű teljesítményarány 0,5 volt.
Ha r=0, akkor csak hurokteljesítmény, míg r=1 esetén csak magteljesítmény keletkezik.
A Gauss-nyaláb és a gyűrű alakú nyaláb közötti r teljesítményarány sematikus diagramja
a) hegesztőberendezés; (b) a hegesztési profil mélysége és szélessége; (c) A minta- és a rögzítőbeállítások megjelenítésének sematikus diagramja
MC teszt: Csak Gauss gerenda esetén a hegesztési varrat kezdetben sekély vezetési módban van (ID 1 és 2), majd átvált a részlegesen áthatoló zárlyuk üzemmódba (ID 3-5), nyilvánvaló repedésekkel. Amikor a gyűrű teljesítménye 0-ról 1000 W-ra nőtt, az ID 7-nél nem voltak nyilvánvaló repedések, és a vas dúsításának mélysége viszonylag kicsi volt. Amikor a gyűrű teljesítménye 2000 és 2500 W-ra nő (ID 9 és 10), a gazdag vaszóna mélysége megnő. Túlzott repedés 2500 W-os gyűrűteljesítménynél (ID 10).
MR-teszt: Ha a mag teljesítménye 500 és 1000 W között van (ID 11 és 12), a hegesztési varrat vezetési módban van; Az ID 12 és az ID 7 összehasonlítása, bár a teljes teljesítmény (6000 W) megegyezik, az ID 7 reteszelési módot valósít meg. Ez annak köszönhető, hogy a domináns hurok karakterisztika miatt jelentősen csökken a teljesítménysűrűség az ID 12-nél (r=0,2). Amikor a teljes teljesítmény eléri a 7500 W-ot (ID 15), teljes penetrációs mód érhető el, és az ID 7-ben használt 6000 W-hoz képest jelentősen megnő a teljes áthatolási mód teljesítménye.
IC-teszt: A vezetési módot (ID 16 és 17) 1500 W-os magteljesítménnyel és 3000 W-os és 3500 W-os gyűrűteljesítménnyel érték el. Ha a mag teljesítménye 3000 W, a gyűrű teljesítménye pedig 1500 W és 2500 W között van (ID 19-20), akkor nyilvánvaló repedések jelennek meg a vas és a dús alumínium határfelületén, helyi behatoló kis lyukmintát képezve. Amikor a gyűrű teljesítménye 3000 és 3500 W (ID 21 és 22), érje el a teljes behatolási kulcslyuk módot.
Reprezentatív keresztmetszeti képek az egyes hegesztési azonosításokról optikai mikroszkóp alatt
4. ábra. (a) A végső szakítószilárdság (UTS) és a teljesítményarány közötti kapcsolat hegesztési tesztekben; b) Az összes hegesztési vizsgálat összteljesítménye
5. ábra (a) A képarány és az UTS közötti kapcsolat; (b) a kiterjedés és a behatolási mélység, valamint az UTS közötti kapcsolat; c) Teljesítménysűrűség minden hegesztési vizsgálathoz
6. ábra (ac) Vickers mikrokeménység benyomódási kontúrtérkép; (df) Megfelelő SEM-EDS kémiai spektrumok reprezentatív vezetési módú hegesztéshez; g) Az acél és alumínium közötti interfész sematikus diagramja; (h) Fe2Al5 és a vezetőképes varratok teljes IMC vastagsága
7. ábra (ac) Vickers mikrokeménységi benyomódási kontúrtérkép; (df) Megfelelő SEM-EDS kémiai spektrum reprezentatív helyi penetrációs perforációs módú hegesztéshez
8. ábra (ac) Vickers mikrokeménységi benyomódási kontúrtérkép; (df) Megfelelő SEM-EDS kémiai spektrum a reprezentatív teljes áthatolású perforációs módú hegesztéshez
9. ábra: Az EBSD diagram a vasban gazdag régió (felső lemez) szemcseméretét mutatja a teljes penetrációs perforációs mód tesztjében, és számszerűsíti a szemcseméret-eloszlást
10. ábra A gazdag vas és a dús alumínium határfelületének SEM-EDS spektruma
Ez a tanulmány az ARM lézer hatásait vizsgálta az IMC kialakulására, mikroszerkezetére és mechanikai tulajdonságaira IF acél-1050 alumíniumötvözet eltérő átlapolt hegesztett kötésekben. A tanulmány három hegesztési módot (vezetési mód, helyi behatolási mód és teljes behatolási mód) és három kiválasztott lézersugár alakot (Gauss-sugár, gyűrűs sugár és Gauss-gyűrűs sugár) vett figyelembe. A kutatási eredmények azt mutatják, hogy a Gauss-nyaláb és a gyűrű alakú gerenda megfelelő teljesítményarányának kiválasztása kulcsfontosságú paraméter a belső modális szén kialakulásának és mikroszerkezetének szabályozásában, ezáltal maximalizálva a varrat mechanikai tulajdonságait. Vezetési módban a 0,2-es teljesítményarányú körsugár biztosítja a legjobb hegesztési szilárdságot (71%-os kötési hatásfok). Perforációs módban a Gauss-sugár nagyobb hegesztési mélységet és nagyobb oldalarányt produkál, de a hegesztési intenzitás jelentősen csökken. A 0,5-ös teljesítményarányú gyűrű alakú gerenda jelentős hatással van a hegesztési varrat acél oldalszemcséinek finomítására. Ennek oka a gyűrű alakú gerenda alacsonyabb csúcshőmérséklete, ami gyorsabb lehűlési sebességet eredményez, és az Al oldott anyag migrációja a hegesztési varrat felső része felé a szemcseszerkezetre gyakorolt növekedést korlátozó hatása miatt. Erős korreláció van a Vickers mikrokeménység és a Thermo Calc fázistérfogat százalékos előrejelzése között. Minél nagyobb a Fe4Al13 térfogatszázaléka, annál nagyobb a mikrokeménység.
Feladás időpontja: 2024. január 25
