Når stål forbindes med aluminium, danner reaktionen mellem Fe- og Al-atomer under forbindelsesprocessen sprøde intermetalliske forbindelser (IMC'er). Tilstedeværelsen af disse IMC'er begrænser den mekaniske styrke af forbindelsen, derfor er det nødvendigt at kontrollere mængden af disse forbindelser. Årsagen til dannelsen af IMC'er er, at opløseligheden af Fe i Al er dårlig. Hvis det overstiger en vis mængde, kan det påvirke svejsningens mekaniske egenskaber. IMC'er har unikke egenskaber såsom hårdhed, begrænset duktilitet og sejhed og morfologiske egenskaber. Forskning har fundet ud af, at sammenlignet med andre IMC'er anses Fe2Al5 IMC-laget generelt for at være det mest skøre (11,8± 1,8 GPa) IMC fase, og er også hovedårsagen til faldet i mekaniske egenskaber på grund af svejsesvigt. Dette papir undersøger den fjerntliggende lasersvejseproces af IF-stål og 1050-aluminium ved hjælp af en laser med justerbar ringtilstand, og undersøger i dybden indflydelsen af laserstråleform på dannelsen af intermetalliske forbindelser og mekaniske egenskaber. Ved at justere kerne/ring-effektforholdet blev det fundet, at under ledningstilstand kan et kerne/ring-effektforhold på 0,2 opnå bedre svejsegrænsefladebindingsoverfladeareal og væsentligt reducere tykkelsen af Fe2Al5 IMC og derved forbedre samlingens forskydningsstyrke .
Denne artikel introducerer indflydelsen af laser med justerbar ringtilstand på dannelsen af intermetalliske forbindelser og mekaniske egenskaber under fjernlasersvejsning af IF stål og 1050 aluminium. Forskningsresultaterne indikerer, at under ledningstilstand giver et kerne/ring-effektforhold på 0,2 et større svejsegrænsefladelimningsareal, hvilket afspejles af en maksimal forskydningsstyrke på 97,6 N/mm2 (fugeeffektivitet på 71%). Derudover reducerer dette, sammenlignet med gaussiske bjælker med et effektforhold større end 1, tykkelsen af Fe2Al5 intermetallisk forbindelse (IMC) med 62 % og den samlede IMC-tykkelse med 40 %. I perforeringstilstanden blev der observeret revner og lavere forskydningsstyrke sammenlignet med ledningstilstanden. Det er værd at bemærke, at der blev observeret betydelig kornforfining i svejsesømmen, når kerne/ringeffektforholdet var 0,5.
Når r=0 genereres kun sløjfeeffekt, mens når r=1 genereres kun kerneeffekt.
Skematisk diagram af effektforhold r mellem Gaussisk stråle og ringformet stråle
(a) Svejseanordning; (b) svejseprofilets dybde og bredde; (c) Skematisk diagram over visning af prøve- og armaturindstillinger
MC-test: Kun i tilfældet med Gaussisk stråle er svejsesømmen indledningsvis i lav ledningstilstand (ID 1 og 2), og går derefter over til delvist gennemtrængende låsehulstilstand (ID 3-5), hvor der opstår tydelige revner. Da ringeffekten steg fra 0 til 1000 W, var der ingen tydelige revner ved ID 7, og dybden af jernberigelsen var relativt lille. Når ringeffekten stiger til 2000 og 2500 W (ID'er 9 og 10), øges dybden af den rige jernzone. Overdreven revnedannelse ved 2500w ringeffekt (ID 10).
MR-test: Når kerneeffekten er mellem 500 og 1000 W (ID 11 og 12), er svejsesømmen i ledningstilstand; Ved at sammenligne ID 12 og ID 7, selvom den samlede effekt (6000w) er den samme, implementerer ID 7 en låsehulstilstand. Dette skyldes det signifikante fald i effekttæthed ved ID 12 på grund af den dominerende sløjfekarakteristik (r=0,2). Når den samlede effekt når 7500 W (ID 15), kan fuld penetrationstilstand opnås, og sammenlignet med de 6000 W, der bruges i ID 7, øges effekten af fuld penetrationstilstand markant.
IC-test: Gennemført tilstand (ID 16 og 17) blev opnået ved 1500w kerneeffekt og 3000w og 3500w ringeffekt. Når kerneeffekten er 3000w og ringeffekten er mellem 1500w og 2500w (ID 19-20), opstår der tydelige revner i grænsefladen mellem rigt jern og rigt aluminium, hvilket danner et lokalt gennemtrængende mønster med små huller. Når ringeffekten er 3000 og 3500w (ID 21 og 22), opnå fuld penetration nøglehulstilstand.
Repræsentative tværsnitsbilleder af hver svejseidentifikation under et optisk mikroskop
Figur 4. (a) Forholdet mellem ultimativ trækstyrke (UTS) og effektforhold i svejseforsøg; (b) Den samlede effekt af alle svejseprøver
Figur 5. (a) Forholdet mellem billedformat og UTS; (b) Forholdet mellem udstrækning og indtrængningsdybde og UTS; (c) Effekttæthed for alle svejseprøver
Figur 6. (ac) Vickers mikrohårdhedsindrykningskonturkort; (df) Tilsvarende SEM-EDS kemiske spektre for repræsentativ ledningstilstand svejsning; (g) Skematisk diagram af grænsefladen mellem stål og aluminium; (h) Fe2Al5 og total IMC-tykkelse af svejsninger i ledende tilstand
Figur 7. (ac) Vickers mikrohårdhedsindrykningskonturkort; (df) Tilsvarende SEM-EDS kemisk spektrum til repræsentativ lokal penetration perforeringstilstand svejsning
Figur 8. (ac) Vickers mikrohårdhedsindrykningskonturkort; (df) Tilsvarende SEM-EDS kemisk spektrum til repræsentativ fuld penetration perforeringstilstand svejsning
Figur 9. EBSD-plot viser kornstørrelsen af det jernrige område (øverste plade) i fuld penetration perforationstilstandstesten og kvantificerer kornstørrelsesfordelingen
Figur 10. SEM-EDS-spektre af grænsefladen mellem rigt jern og rigt aluminium
Denne undersøgelse undersøgte virkningerne af ARM-laser på dannelsen, mikrostrukturen og de mekaniske egenskaber af IMC i IF stål-1050 aluminiumslegering uens lapsvejsede samlinger. Undersøgelsen overvejede tre svejsetilstande (ledningstilstand, lokal penetrationstilstand og fuld penetrationstilstand) og tre udvalgte laserstråleformer (gaussisk stråle, ringformet stråle og gaussisk ringformet stråle). Forskningsresultaterne indikerer, at valg af det passende effektforhold mellem gaussisk stråle og ringformet stråle er en nøgleparameter til at kontrollere dannelsen og mikrostrukturen af internt modalt kulstof, og derved maksimere de mekaniske egenskaber af svejsningen. I ledningstilstand giver en cirkulær stråle med et effektforhold på 0,2 den bedste svejsestyrke (71 % fugeeffektivitet). I perforeringstilstanden producerer den Gaussiske stråle større svejsedybde og højere billedformat, men svejseintensiteten reduceres betydeligt. Den ringformede bjælke med et effektforhold på 0,5 har en væsentlig indflydelse på forfining af stålsidekorn i svejsesømmen. Dette skyldes den lavere toptemperatur af den ringformede bjælke, der fører til en hurtigere afkølingshastighed, og den vækstbegrænsende effekt af Al opløst stofs migration mod den øvre del af svejsesømmen på kornstrukturen. Der er en stærk sammenhæng mellem Vickers mikrohårdhed og Thermo Calcs forudsigelse af fasevolumenprocent. Jo større volumenprocent af Fe4Al13, desto højere mikrohårdhed.
Indlægstid: 25-jan-2024
