При поврзување на челик со алуминиум, реакцијата помеѓу атомите на Fe и Al за време на процесот на поврзување формира кршливи интерметални соединенија (IMC). Присуството на овие IMC ја ограничува механичката цврстина на врската, затоа е потребно да се контролира количината на овие соединенија. Причината за формирање на IMC е тоа што растворливоста на Fe во Al е слаба. Ако надмине одредена количина, може да влијае на механичките својства на заварот. IMC имаат уникатни својства како што се тврдост, ограничена еластичност и жилавост, како и морфолошки карактеристики. Истражувањата покажаа дека во споредба со другите IMC, слојот Fe2Al5 IMC е широко сметан за најкршлив (11,8± 1,8 GPa) IMC фаза, а исто така е и главната причина за намалувањето на механичките својства поради дефект при заварување. Овој труд го истражува процесот на далечинско ласерско заварување на IF челик и 1050 алуминиум со употреба на ласер со прилагодлив прстенест режим и длабински го истражува влијанието на обликот на ласерскиот зрак врз формирањето на интерметални соединенија и механички својства. Со прилагодување на односот на моќност јадро/прстен, откриено е дека под режим на спроводливост, односот на моќност јадро/прстен од 0,2 може да постигне подобра површина на сврзување на интерфејсот на заварот и значително да ја намали дебелината на Fe2Al5 IMC, со што се подобрува цврстината на смолкнување на спојот.
Оваа статија го претставува влијанието на ласерскиот режим со прилагодлив прстен врз формирањето на интерметални соединенија и механичките својства за време на далечинско ласерско заварување на IF челик и алуминиум 1050. Резултатите од истражувањето покажуваат дека во режим на спроводливост, односот на моќност јадро/прстен од 0,2 обезбедува поголема површина на сврзување на интерфејсот на заварувањето, што се рефлектира со максимална цврстина на смолкнување од 97,6 N/mm2 (ефикасност на спојот од 71%). Покрај тоа, во споредба со Гаусовите зраци со однос на моќност поголем од 1, ова значително ја намалува дебелината на интерметалното соединение (IMC) Fe2Al5 за 62% и вкупната дебелина на IMC за 40%. Во режимот на перфорација, забележани се пукнатини и помала цврстина на смолкнување во споредба со режимот на спроводливост. Вреди да се напомене дека е забележано значително рафинирање на зрната во заварскиот спој кога односот на моќност јадро/прстен бил 0,5.
Кога r=0, се генерира само енергија на јамката, додека кога r=1, се генерира само енергија на јадрото.
Шематски дијаграм на односот на моќност r помеѓу Гаусовата греда и прстенестата греда
(a) Уред за заварување; (b) Длабочина и ширина на профилот на заварување; (c) Шема на прикажување на поставките за примерокот и фиксаторот
MC тест: Само во случај на Гаусова греда, заварскиот шев првично е во режим на плитка спроводливост (ID 1 и 2), а потоа преминува во режим на делумно пенетрација на брава (ID 3-5), со појава на очигледни пукнатини. Кога моќноста на прстенот се зголеми од 0 до 1000 W, немаше очигледни пукнатини на ID 7 и длабочината на збогатување на железо беше релативно мала. Кога моќноста на прстенот се зголеми на 2000 и 2500 W (ID 9 и 10), длабочината на зоната на богато железо се зголемува. Прекумерно пукање при моќност на прстенот од 2500 W (ID 10).
МР тест: Кога моќноста на јадрото е помеѓу 500 и 1000 W (ID 11 и 12), заварскиот шев е во режим на спроводливост; Споредувајќи ги ID 12 и ID 7, иако вкупната моќност (6000 W) е иста, ID 7 имплементира режим на заклучување на дупката. Ова се должи на значителното намалување на густината на моќност кај ID 12 поради доминантната карактеристика на јамката (r=0,2). Кога вкупната моќност ќе достигне 7500 W (ID 15), може да се постигне режим на целосна пенетрација, а во споредба со 6000 W што се користат во ID 7, моќноста на режимот на целосна пенетрација е значително зголемена.
Тест на IC: Режимот на спроведување (ID 16 и 17) е постигнат при моќност на јадрото од 1500 W и моќност на прстенот од 3000 W и 3500 W. Кога моќноста на јадрото е 3000 W, а моќноста на прстенот е помеѓу 1500 W и 2500 W (ID 19-20), се појавуваат очигледни пукнатини на интерфејсот помеѓу богатото железо и богатиот алуминиум, формирајќи локален пенетрирачки модел на мали дупки. Кога моќноста на прстенот е 3000 и 3500 W (ID 21 и 22), се постигнува режим на целосна пенетрација во клучалка.
Репрезентативни слики од пресек на секоја идентификација на заварување под оптички микроскоп
Слика 4. (а) Односот помеѓу крајната затегнувачка цврстина (UTS) и односот на моќност при тестови за заварување; (б) Вкупната моќност на сите тестови за заварување
Слика 5. (а) Однос помеѓу соодносот на ширина и должината на спојот (UTS); (б) Односот помеѓу истегнувањето и длабочината на пенетрација и UTS; (в) Густина на моќност за сите тестови за заварување
Слика 6. (ac) Контурна мапа на вдлабнатина на микротврдост на Викерс; (df) Соодветни SEM-EDS хемиски спектри за репрезентативно заварување во спроводлив режим; (g) Шематски дијаграм на интерфејсот помеѓу челик и алуминиум; (h) Fe2Al5 и вкупна IMC дебелина на заварите во спроводлив режим
Слика 7. (ac) Мапа на контурата на вдлабнатината на микротврдоста на Викерс; (df) Соодветен SEM-EDS хемиски спектар за репрезентативно заварување со локална пенетрација и перфорација
Слика 8. (ac) Мапа на контурата на вдлабнатината на микротврдоста на Викерс; (df) Соодветен SEM-EDS хемиски спектар за репрезентативно заварување со перфорација во режим на целосна пенетрација
Слика 9. EBSD графиконот ја покажува големината на зрната во регионот богат со железо (горна плоча) во тестот со перфорација со целосна пенетрација и квантификува распределбата на големината на зрната.
Слика 10. SEM-EDS спектри на интерфејсот помеѓу богато железо и богат алуминиум
Оваа студија ги испитуваше ефектите на ARM ласерот врз формирањето, микроструктурата и механичките својства на IMC во различни заварени споеви од IF челик-1050 алуминиумска легура. Студијата разгледа три режими на заварување (режим на спроводливост, режим на локална пенетрација и режим на целосна пенетрација) и три избрани облици на ласерски зраци (Гаусов зрак, прстенест зрак и Гаусов прстенест зрак). Резултатите од истражувањето покажуваат дека изборот на соодветен однос на моќност на Гаусовиот зрак и прстенестиот зрак е клучен параметар за контрола на формирањето и микроструктурата на внатрешен модален јаглерод, со што се максимизираат механичките својства на заварот. Во режим на спроводливост, кружен зрак со однос на моќност од 0,2 обезбедува најдобра цврстина на заварување (71% ефикасност на спојот). Во режим на перфорација, Гаусовиот зрак произведува поголема длабочина на заварување и повисок однос на ширина и висина, но интензитетот на заварување е значително намален. Прстенестиот зрак со однос на моќност од 0,5 има значително влијание врз рафинирањето на страничните зрна на челикот во заварскиот спој. Ова се должи на пониската врвна температура на прстенестата греда што доведува до побрза стапка на ладење, како и на ефектот на ограничување на растот од миграцијата на растворената супстанца Al кон горниот дел од заварскиот шев врз структурата на зрната. Постои силна корелација помеѓу микротврдоста на Викерс и предвидувањето на Thermo Calc за процентот на фазен волумен. Колку е поголем процентот на волумен на Fe4Al13, толку е поголема микротврдоста.
Време на објавување: 25 јануари 2024 година
