Når du kobler stål til aluminium, danner reaksjonen mellom Fe- og Al-atomer under koblingsprosessen sprø intermetalliske forbindelser (IMC). Tilstedeværelsen av disse IMC-ene begrenser den mekaniske styrken til forbindelsen, derfor er det nødvendig å kontrollere mengden av disse forbindelsene. Årsaken til dannelsen av IMC er at løseligheten av Fe i Al er dårlig. Hvis det overskrider en viss mengde, kan det påvirke sveisens mekaniske egenskaper. IMC-er har unike egenskaper som hardhet, begrenset duktilitet og seighet, og morfologiske egenskaper. Forskning har funnet at sammenlignet med andre IMC-er, er Fe2Al5 IMC-laget ansett som det mest sprø (11,8± 1,8 GPa) IMC-fase, og er også hovedårsaken til nedgangen i mekaniske egenskaper på grunn av sveisefeil. Denne artikkelen undersøker den eksterne lasersveiseprosessen av IF-stål og 1050 aluminium ved bruk av en justerbar ringmoduslaser, og undersøker i dybden påvirkningen av laserstråleformen på dannelsen av intermetalliske forbindelser og mekaniske egenskaper. Ved å justere kjerne/ring-effektforholdet, ble det funnet at under ledningsmodus kan et kjerne/ring-effektforhold på 0,2 oppnå bedre sveisegrensesnitt-bindingsoverflate og betydelig redusere tykkelsen på Fe2Al5 IMC, og dermed forbedre skjærstyrken til skjøten .
Denne artikkelen introduserer påvirkningen av laser med justerbar ringmodus på dannelsen av intermetalliske forbindelser og mekaniske egenskaper under ekstern lasersveising av IF-stål og 1050-aluminium. Forskningsresultatene indikerer at under ledningsmodus gir et kjerne-/ringeffektforhold på 0,2 et større sveisegrensesnitts bindingsoverflate, noe som reflekteres av en maksimal skjærstyrke på 97,6 N/mm2 (fugeeffektivitet på 71%). I tillegg, sammenlignet med gaussiske bjelker med et effektforhold større enn 1, reduserer dette tykkelsen på Fe2Al5 intermetallisk forbindelse (IMC) betydelig med 62 % og den totale IMC-tykkelsen med 40 %. I perforeringsmodus ble det observert sprekker og lavere skjærstyrke sammenlignet med ledningsmodus. Det er verdt å merke seg at det ble observert betydelig kornforfining i sveisesømmen når kjerne/ringeffektforholdet var 0,5.
Når r=0 genereres kun sløyfeeffekt, mens når r=1 genereres kun kjernekraft.
Skjematisk diagram av effektforhold r mellom gaussisk bjelke og ringformet bjelke
(a) Sveiseanordning; (b) dybden og bredden til sveiseprofilen; (c) Skjematisk diagram over visning av prøve- og armaturinnstillinger
MC-test: Bare ved Gaussisk bjelke er sveisesømmen først i grunn ledningsmodus (ID 1 og 2), og går deretter over til delvis penetrerende låsehullsmodus (ID 3-5), med tydelige sprekker. Når ringeffekten økte fra 0 til 1000 W, var det ingen tydelige sprekker ved ID 7 og dybden av jernanrikningen var relativt liten. Når ringeffekten øker til 2000 og 2500 W (ID 9 og 10), øker dybden av den rike jernsonen. Overdreven sprekkdannelse ved 2500w ringeffekt (ID 10).
MR-test: Når kjerneeffekten er mellom 500 og 1000 W (ID 11 og 12), er sveisesømmen i ledningsmodus; Ved å sammenligne ID 12 og ID 7, selv om den totale effekten (6000w) er den samme, implementerer ID 7 en låsehullsmodus. Dette skyldes den betydelige reduksjonen i effekttetthet ved ID 12 på grunn av den dominerende sløyfekarakteristikken (r=0,2). Når den totale effekten når 7500 W (ID 15), kan full penetrasjonsmodus oppnås, og sammenlignet med 6000 W som brukes i ID 7, økes effekten av full penetrasjonsmodus betydelig.
IC-test: Gjennomført modus (ID 16 og 17) ble oppnådd ved 1500w kjerneeffekt og 3000w og 3500w ringeffekt. Når kjerneeffekten er 3000w og ringeffekten er mellom 1500w og 2500w (ID 19-20), oppstår tydelige sprekker i grensesnittet mellom rikt jern og rikt aluminium, og danner et lokalt gjennomtrengende lite hullmønster. Når ringeffekten er 3000 og 3500w (ID 21 og 22), oppnå full penetrasjonsnøkkelhullsmodus.
Representative tverrsnittsbilder av hver sveiseidentifikasjon under et optisk mikroskop
Figur 4. (a) Forholdet mellom bruddstyrke (UTS) og effektforhold i sveisetester; (b) Den totale effekten av alle sveisetester
Figur 5. (a) Forholdet mellom sideforhold og UTS; (b) Forholdet mellom forlengelse og penetrasjonsdybde og UTS; (c) Effekttetthet for alle sveisetester
Figur 6. (ac) Vickers mikrohardhetsinnrykkkonturkart; (df) Tilsvarende SEM-EDS kjemiske spektra for representativ ledningsmodus sveising; (g) Skjematisk diagram av grensesnittet mellom stål og aluminium; (h) Fe2Al5 og total IMC-tykkelse for sveiser i ledende modus
Figur 7. (ac) Vickers mikrohardhetsinnrykkkonturkart; (df) Tilsvarende SEM-EDS kjemisk spektrum for representativ lokal penetrasjonsperforasjonsmodus sveising
Figur 8. (ac) Vickers mikrohardhetsinnrykkkonturkart; (df) Tilsvarende SEM-EDS kjemisk spektrum for representativ full penetrering perforasjonsmodus sveising
Figur 9. EBSD-plott viser kornstørrelsen til det jernrike området (øvre plate) i full penetrasjonsperforeringsmodustest, og kvantifiserer kornstørrelsesfordelingen
Figur 10. SEM-EDS-spektra for grensesnittet mellom rikt jern og rikt aluminium
Denne studien undersøkte effekten av ARM-laser på dannelsen, mikrostrukturen og de mekaniske egenskapene til IMC i IF-stål-1050 aluminiumslegering ulikt rundsveisede skjøter. Studien tok for seg tre sveisemoduser (ledningsmodus, lokal penetrasjonsmodus og full penetrasjonsmodus) og tre utvalgte laserstråleformer (gaussisk stråle, ringformet stråle og gaussisk ringformet stråle). Forskningsresultatene indikerer at valg av riktig kraftforhold mellom gaussisk bjelke og ringformet bjelke er en nøkkelparameter for å kontrollere dannelsen og mikrostrukturen til internt modalt karbon, og dermed maksimere sveisens mekaniske egenskaper. I ledningsmodus gir en sirkulær stråle med et effektforhold på 0,2 den beste sveisestyrken (71 % fugeeffektivitet). I perforeringsmodus produserer den gaussiske strålen større sveisedybde og høyere sideforhold, men sveiseintensiteten er betydelig redusert. Den ringformede bjelken med et effektforhold på 0,5 har en betydelig innvirkning på raffineringen av stålsidekorn i sveisesømmen. Dette skyldes at den lavere topptemperaturen til den ringformede bjelken fører til en raskere avkjølingshastighet, og den vekstbegrensende effekten av migrering av oppløst stoff av Al mot den øvre delen av sveisesømmen på kornstrukturen. Det er en sterk korrelasjon mellom Vickers mikrohardhet og Thermo Calcs prediksjon av fasevolumprosent. Jo større volumprosent Fe4Al13 er, desto høyere mikrohardhet.
Innleggstid: Jan-25-2024
