Acél és alumínium összekapcsolásakor a Fe és Al atomok közötti reakció a kötés során rideg intermetallikus vegyületeket (IMC-ket) képez. Ezen IMC-k jelenléte korlátozza a kötés mechanikai szilárdságát, ezért szabályozni kell a vegyületek mennyiségét. Az IMC-k képződésének oka az, hogy a Fe oldhatósága Al-ban gyenge. Ha meghalad egy bizonyos mennyiséget, az befolyásolhatja a hegesztés mechanikai tulajdonságait. Az IMC-k egyedi tulajdonságokkal rendelkeznek, mint például a keménység, a korlátozott képlékenység és szívósság, valamint a morfológiai jellemzők. A kutatások kimutatták, hogy más IMC-khez képest az Fe2Al5 IMC réteget széles körben a legridegebbnek tartják (11,8± 1,8 GPa) IMC fázis, és ez egyben a hegesztési hiba miatti mechanikai tulajdonságok csökkenésének fő oka is. Ez a tanulmány IF acél és 1050 alumínium távlézeres hegesztési folyamatát vizsgálja egy állítható gyűrűs módú lézer segítségével, és részletesen vizsgálja a lézersugár alakjának hatását az intermetallikus vegyületek képződésére és a mechanikai tulajdonságokra. A mag/gyűrű teljesítményarány beállításával azt találták, hogy vezetési módban a 0,2-es mag/gyűrű teljesítményarány jobb hegesztési határfelületet eredményez, és jelentősen csökkenti a Fe2Al5 IMC vastagságát, ezáltal javítva a kötés nyírószilárdságát.
Ez a cikk bemutatja az állítható gyűrűs módú lézer hatását az intermetallikus vegyületek képződésére és a mechanikai tulajdonságokra IF acél és 1050 alumínium távlézeres hegesztése során. A kutatási eredmények azt mutatják, hogy vezetési módban a 0,2-es mag/gyűrű teljesítményarány nagyobb hegesztési határfelületet biztosít, amit a maximális nyírószilárdság 97,6 N/mm2 (71%-os kötéshatásfok). Ezenkívül az 1-nél nagyobb teljesítményarányú Gauss-gerendákhoz képest ez jelentősen, 62%-kal csökkenti az Fe2Al5 intermetallikus vegyület (IMC) vastagságát és 40%-kal a teljes IMC vastagságát. Perforációs módban repedéseket és alacsonyabb nyírószilárdságot figyeltek meg a vezetési módhoz képest. Érdemes megjegyezni, hogy a hegesztési varratban jelentős szemcsefinomodás volt megfigyelhető, amikor a mag/gyűrű teljesítményarány 0,5 volt.
Amikor r=0, csak hurokteljesítmény keletkezik, míg amikor r=1, csak magteljesítmény.
A Gauss-gerenda és a gyűrűs gerenda közötti teljesítményviszony r vázlatos rajza
(a) Hegesztőberendezés; (b) A hegesztési profil mélysége és szélessége; (c) A minta és a rögzítőelemek beállításainak megjelenítésének vázlatos rajza
MC teszt: Csak Gauss-gerenda esetén van a hegesztési varrat kezdetben sekély vezetési módban (ID 1 és 2), majd részben behatoló zsilip üzemmódba megy át (ID 3-5), és nyilvánvaló repedések jelennek meg. Amikor a gyűrűteljesítmény 0-ról 1000 W-ra nőtt, az ID 7-nél nem voltak nyilvánvaló repedések, és a vasdúsulás mélysége viszonylag kicsi volt. Amikor a gyűrűteljesítmény 2000 és 2500 W-ra nőtt (ID 9 és 10), a vasban gazdag zóna mélysége megnő. Túlzott repedésképződés 2500 W-os gyűrűteljesítménynél (ID 10).
MR teszt: Amikor 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 összehasonlításakor, bár az összteljesítmény (6000 W) azonos, az ID 7 zárlyuk üzemmódot valósít meg. Ez az ID 12-nél a domináns hurok jelleggörbe (r=0,2) miatti teljesítménysűrűség jelentős csökkenésének köszönhető. Amikor az összteljesítmény eléri a 7500 W-ot (ID 15), teljes behatolási mód érhető el, és az ID 7-ben használt 6000 W-hoz képest a teljes behatolási mód teljesítménye jelentősen megnő.
IC teszt: A vezetett módot (ID 16 és 17) 1500 W magteljesítménynél és 3000 W, valamint 3500 W gyűrűteljesítménynél érték el. Amikor a magteljesítmény 3000 W, a gyűrűteljesítmény pedig 1500 W és 2500 W között volt (ID 19-20), a gazdag vas és a gazdag alumínium határfelületén egyértelmű repedések jelentek meg, amelyek egy lokális, áthatoló kis lyukmintázatot alkottak. Amikor a gyűrűteljesítmény 3000 és 3500 W volt (ID 21 és 22), teljes áthatolású kulcslyuk módot értek el.
Az egyes hegesztési azonosítások reprezentatív keresztmetszeti képei optikai mikroszkóp alatt
4. ábra: (a) A szakítószilárdság (UTS) és a teljesítményarány közötti összefüggés hegesztési vizsgálatok során; (b) Az összes hegesztési vizsgálat összteljesítménye
5. ábra. (a) A képarány és az UTS közötti összefüggés; (b) A kiterjedés, a behatolási mélység és az UTS közötti összefüggés; (c) Teljesítménysűrűség az összes hegesztési teszthez
6. ábra. (ac) Vickers mikrokeménység-benyomódási kontúrtérkép; (df) Megfelelő SEM-EDS kémiai spektrumok reprezentatív vezetési módú hegesztéshez; (g) Az acél és alumínium határfelületének vázlatos rajza; (h) Fe2Al5 és a vezetési módú hegesztések teljes IMC vastagsága
7. ábra: (ac) Vickers mikrokeménység-benyomódási kontúrtérkép; (df) Megfelelő SEM-EDS kémiai spektrum a reprezentatív lokális penetrációs perforációs módú hegesztéshez
8. ábra. (ac) Vickers mikrokeménység-benyomódási kontúrtérkép; (df) Megfelelő SEM-EDS kémiai spektrum a reprezentatív teljes behatolású perforációs módú hegesztéshez
9. ábra. Az EBSD diagram a vasban gazdag régió (felső lemez) szemcseméretét mutatja a teljes behatolású perforációs mód tesztben, és számszerűsíti a szemcseméret-eloszlást.
10. ábra. A gazdag vas és a gazdag alumínium határfelületének SEM-EDS spektrumai
Ez a tanulmány az ARM lézer hatását vizsgálta az IMC kialakulására, mikroszerkezetére és mechanikai tulajdonságaira IF acél-1050 alumíniumötvözet különböző átlapolt hegesztésű kötésekben. A tanulmány három hegesztési módot (vezetéses mód, lokális penetrációs mód és teljes penetrációs mód) és három kiválasztott lézersugár alakot (Gauss-sugár, gyűrűs sugár és Gauss-gyűrűs sugár) vett figyelembe. A kutatási eredmények azt mutatják, hogy a Gauss-sugár és a gyűrűs sugár megfelelő teljesítményarányának kiválasztása kulcsfontosságú paraméter a belső modális szén kialakulásának és mikroszerkezetének szabályozásában, ezáltal maximalizálva a hegesztés mechanikai tulajdonságait. Vezetési módban a 0,2-es teljesítményarányú kör alakú sugár biztosítja a legjobb hegesztési szilárdságot (71%-os kötéshatásfok). Perforációs módban a Gauss-sugár nagyobb hegesztési mélységet és nagyobb oldalviszonyt eredményez, de a hegesztési intenzitás jelentősen csökken. A 0,5-ös teljesítményarányú gyűrűs sugár jelentős hatással van az acél oldalszemcséinek finomodására a hegesztési varratban. Ez a gyűrűs gerenda alacsonyabb csúcshőmérsékletének köszönhető, ami gyorsabb hűtési sebességet eredményez, valamint az Al oldott anyag migrációjának a hegesztési varrat felső része felé a szemcseszerkezet növekedését korlátozó hatásának. Szoros összefüggés van a Vickers-mikrokeménység és a Thermo Calc fázistérfogat-százalékra vonatkozó előrejelzése között. Minél nagyobb az Fe4Al13 térfogatszázaléka, annál nagyobb a mikrokeménység.
Közzététel ideje: 2024. január 25.
