La conectarea oțelului la aluminiu, reacția dintre atomii de Fe și Al în timpul procesului de conectare formează compuși intermetalici fragili (IMC). Prezența acestor IMC limitează rezistența mecanică a conexiunii, prin urmare este necesar să se controleze cantitatea acestor compuși. Motivul formării IMC-urilor este că solubilitatea Fe în Al este slabă. Dacă depășește o anumită cantitate, poate afecta proprietățile mecanice ale sudurii. IMC-urile au proprietăți unice, cum ar fi duritatea, ductilitatea și tenacitatea limitate, precum și caracteristici morfologice. Cercetările au descoperit că, în comparație cu alte IMC-uri, stratul IMC de Fe2Al5 este considerat pe scară largă cel mai fragil (11,8± Faza IMC de 1,8 GPa) și este, de asemenea, principalul motiv pentru scăderea proprietăților mecanice din cauza defecțiunii sudării. Această lucrare investighează procesul de sudare cu laser la distanță a oțelului IF și aluminiului 1050 utilizând un laser în mod inelar reglabil și investighează în profunzime influența formei fasciculului laser asupra formării compușilor intermetalici și a proprietăților mecanice. Prin ajustarea raportului putere miez/inel, s-a constatat că, în modul de conducție, un raport putere miez/inel de 0,2 poate obține o suprafață de lipire mai bună la interfața de sudură și poate reduce semnificativ grosimea IMC-ului Fe2Al5, îmbunătățind astfel rezistența la forfecare a îmbinării.
Acest articol prezintă influența laserului în mod inelar reglabil asupra formării compușilor intermetalici și a proprietăților mecanice în timpul sudării cu laser la distanță a oțelului IF și aluminiului 1050. Rezultatele cercetării indică faptul că, în modul de conducție, un raport de putere miez/inel de 0,2 oferă o suprafață de lipire a interfeței de sudură mai mare, ceea ce se reflectă printr-o rezistență maximă la forfecare de 97,6 N/mm2 (eficiență a îmbinării de 71%). În plus, comparativ cu grinzile gaussiene cu un raport de putere mai mare de 1, aceasta reduce semnificativ grosimea compusului intermetalic Fe2Al5 (IMC) cu 62% și grosimea totală a IMC cu 40%. În modul de perforare, s-au observat fisuri și o rezistență la forfecare mai mică în comparație cu modul de conducție. Este demn de remarcat faptul că s-a observat o rafinare semnificativă a granulelor în cusătura de sudură atunci când raportul de putere miez/inel a fost de 0,5.
Când r=0, se generează doar puterea din buclă, în timp ce când r=1, se generează doar puterea din miez.
Schema raportului de putere r între grinda gaussiană și grinda inelară
(a) Dispozitiv de sudură; (b) Adâncimea și lățimea profilului de sudură; (c) Diagramă schematică a afișării setărilor eșantionului și ale dispozitivului de fixare
Test MC: Doar în cazul fasciculului gaussian, sudura este inițial în modul de conducție superficială (ID 1 și 2), apoi trece la modul de gaură de blocare parțial penetrantă (ID 3-5), cu apariția fisurilor evidente. Când puterea inelului a crescut de la 0 la 1000 W, nu au existat fisuri evidente la ID 7, iar adâncimea îmbogățirii cu fier a fost relativ mică. Când puterea inelului crește la 2000 și 2500 W (ID 9 și 10), adâncimea zonei bogate în fier crește. Fisurare excesivă la o putere a inelului de 2500 W (ID 10).
Test MR: Când puterea miezului este între 500 și 1000 W (ID 11 și 12), sudura este în mod de conducție; Comparând ID 12 și ID 7, deși puterea totală (6000 W) este aceeași, ID 7 implementează un mod de gaură blocată. Acest lucru se datorează scăderii semnificative a densității de putere la ID 12 din cauza caracteristicii buclei dominante (r = 0,2). Când puterea totală atinge 7500 W (ID 15), se poate obține modul de penetrare completă, iar comparativ cu cei 6000 W utilizați în ID 7, puterea modului de penetrare completă este semnificativ crescută.
Test IC: Modul condus (ID 16 și 17) a fost obținut la o putere a miezului de 1500w și o putere a inelului de 3000w și respectiv 3500w. Când puterea miezului este de 3000w, iar puterea inelului este între 1500w și 2500w (ID 19-20), apar fisuri evidente la interfața dintre fierul bogat și aluminiul bogat, formând un model local de găuri mici penetrante. Când puterea inelului este de 3000 și 3500w (ID 21 și 22), se obține modul de penetrare completă a gaurii cheii.
Imagini reprezentative în secțiune transversală ale fiecărei identificări de sudură la microscop optic
Figura 4. (a) Relația dintre rezistența maximă la tracțiune (RTT) și raportul de putere în testele de sudare; (b) Puterea totală a tuturor testelor de sudare
Figura 5. (a) Relația dintre raportul de aspect și UTS; (b) Relația dintre extensie și adâncimea de penetrare și UTS; (c) Densitatea de putere pentru toate testele de sudare
Figura 6. (ac) Hartă a conturului de indentare a microdurității Vickers; (df) Spectre chimice SEM-EDS corespunzătoare pentru sudarea în mod conductiv reprezentativ; (g) Diagramă schematică a interfeței dintre oțel și aluminiu; (h) Fe2Al5 și grosimea totală IMC a sudurilor în mod conductiv
Figura 7. (ac) Hartă a conturului de indentare a microdurității Vickers; (df) Spectrul chimic SEM-EDS corespunzător pentru sudarea reprezentativă în modul de perforare cu penetrare locală
Figura 8. (ac) Hartă a conturului de indentare a microdurității Vickers; (df) Spectrul chimic SEM-EDS corespunzător pentru sudarea reprezentativă în modul de perforare cu penetrare completă
Figura 9. Diagrama EBSD prezintă dimensiunea granulelor din regiunea bogată în fier (placa superioară) în testul de perforație cu penetrare completă și cuantifică distribuția dimensiunii granulelor.
Figura 10. Spectre SEM-EDS ale interfeței dintre fierul bogat și aluminiul bogat
Acest studiu a investigat efectele laserului ARM asupra formării, microstructurii și proprietăților mecanice ale IMC în îmbinările sudate prin suprapunere diferite din oțel IF-aliaj de aluminiu 1050. Studiul a luat în considerare trei moduri de sudare (mod de conducție, mod de penetrare locală și mod de penetrare completă) și trei forme selectate ale fasciculului laser (fascicul gaussian, fascicul inelar și fascicul inelar gaussian). Rezultatele cercetării indică faptul că selectarea raportului de putere adecvat dintre fasciculul gaussian și fasciculul inelar este un parametru cheie pentru controlul formării și microstructurii carbonului modal intern, maximizând astfel proprietățile mecanice ale sudurii. În modul de conducție, un fascicul circular cu un raport de putere de 0,2 oferă cea mai bună rezistență la sudare (eficiență a îmbinării de 71%). În modul de perforare, fasciculul gaussian produce o adâncime de sudare mai mare și un raport de aspect mai mare, dar intensitatea sudării este semnificativ redusă. Fasciculul inelar cu un raport de putere de 0,5 are un impact semnificativ asupra rafinării granulelor laterale ale oțelului în cusătura de sudură. Acest lucru se datorează temperaturii de vârf mai scăzute a grinzii inelare, care duce la o rată de răcire mai rapidă, și efectului de restricționare a creșterii cauzat de migrarea solutului de Al către partea superioară a cusăturii de sudură asupra structurii granulelor. Există o corelație puternică între microduritatea Vickers și predicția Thermo Calc privind procentul volumic de fază. Cu cât procentul volumic de Fe4Al13 este mai mare, cu atât microduritatea este mai mare.
Data publicării: 25 ian. 2024
