Pri spájaní ocele s hliníkom dochádza pri reakcii medzi atómami Fe a Al počas procesu spájania k tvorbe krehkých intermetalických zlúčenín (IMC). Prítomnosť týchto IMC obmedzuje mechanickú pevnosť spoja, preto je potrebné kontrolovať množstvo týchto zlúčenín. Dôvodom tvorby IMC je slabá rozpustnosť Fe v Al. Ak prekročí určité množstvo, môže to ovplyvniť mechanické vlastnosti zvaru. IMC majú jedinečné vlastnosti, ako je tvrdosť, obmedzená ťažnosť a húževnatosť a morfologické vlastnosti. Výskum zistil, že v porovnaní s inými IMC je vrstva Fe2Al5 IMC všeobecne považovaná za najkrehšiu (11,8± 1,8 GPa) IMC fázy, a je tiež hlavným dôvodom poklesu mechanických vlastností v dôsledku zlyhania zvárania. Tento článok skúma proces vzdialeného laserového zvárania ocele IF a hliníka 1050 pomocou laseru s nastaviteľným prstencovým režimom a do hĺbky skúma vplyv tvaru laserového lúča na tvorbu intermetalických zlúčenín a mechanické vlastnosti. Úpravou pomeru výkonu jadro/krúžok sa zistilo, že v režime vedenia môže pomer výkonu jadro/krúžok 0,2 dosiahnuť lepšiu plochu spojovacieho povrchu zvarového rozhrania a výrazne znížiť hrúbku Fe2Al5 IMC, čím sa zlepší pevnosť spoja v šmyku. .
Tento článok predstavuje vplyv nastaviteľného prstencového lasera na tvorbu intermetalických zlúčenín a mechanické vlastnosti počas diaľkového laserového zvárania IF ocele a hliníka 1050. Výsledky výskumu naznačujú, že v režime vedenia poskytuje pomer výkonu jadro/krúžok 0,2 väčšiu plochu spojovacieho povrchu zvarového rozhrania, čo sa odráža v maximálnej pevnosti v šmyku 97,6 N/mm2 (účinnosť spoja 71 %). Okrem toho to v porovnaní s Gaussovými lúčmi s pomerom výkonu väčším ako 1 výrazne znižuje hrúbku intermetalickej zlúčeniny Fe2Al5 (IMC) o 62 % a celkovú hrúbku IMC o 40 %. V režime perforácie boli pozorované trhliny a nižšia pevnosť v šmyku v porovnaní s režimom vedenia. Stojí za zmienku, že významné zjemnenie zrna bolo pozorované vo zvarovom šve, keď bol pomer výkonu jadro/krúžok 0,5.
Keď r = 0, generuje sa iba výkon slučky, zatiaľ čo keď r = 1, generuje sa iba výkon jadra.
Schematický diagram pomeru výkonu r medzi Gaussovým lúčom a prstencovým lúčom
a) zváracie zariadenie; (b) hĺbka a šírka profilu zvaru; (c) Schematický diagram zobrazenia nastavení vzorky a prípravku
MC test: Len v prípade Gaussovho lúča je zvar spočiatku v režime plytkej vodivosti (ID 1 a 2) a potom prechádza do režimu čiastočne prenikajúcej zámkovej dierky (ID 3-5), pričom sa objavujú zjavné trhliny. Keď sa výkon prstenca zvýšil z 0 na 1 000 W, pri ID 7 neboli žiadne zjavné trhliny a hĺbka obohatenia železom bola relatívne malá. Keď sa výkon prstenca zvýši na 2 000 a 2 500 W (ID 9 a 10), zväčší sa hĺbka zóny bohatého železa. Nadmerné praskanie pri 2500W sile prstenca (ID 10).
MR test: Keď je výkon jadra medzi 500 a 1000 W (ID 11 a 12), zvar je v režime vedenia; Pri porovnaní ID 12 a ID 7, hoci celkový výkon (6000 W) je rovnaký, ID 7 implementuje režim zámkovej diery. Je to spôsobené výrazným poklesom hustoty výkonu pri ID 12 v dôsledku dominantnej slučkovej charakteristiky (r=0,2). Keď celkový výkon dosiahne 7500 W (ID 15), je možné dosiahnuť režim plného prieniku a v porovnaní s výkonom 6000 W použitým v ID 7 sa výkon režimu plného prieniku výrazne zvýši.
Test IC: Prevádzaný režim (ID 16 a 17) bol dosiahnutý pri výkone jadra 1 500 W a výkone zvonenia 3 000 W a 3 500 W. Keď je výkon jadra 3 000 W a výkon prstenca medzi 1 500 W a 2 500 W (ID 19-20), na rozhraní medzi bohatým železom a bohatým hliníkom sa objavia zjavné trhliny, ktoré vytvárajú lokálny prenikavý vzor malých otvorov. Keď je výkon prstenca 3 000 a 3 500 W (ID 21 a 22), dosiahnite úplný režim kľúčovej dierky.
Reprezentatívne obrazy prierezov každej identifikácie zvárania pod optickým mikroskopom
Obrázok 4. (a) Vzťah medzi medzou pevnosti v ťahu (UTS) a pomerom výkonu pri skúškach zvárania; (b) Celkový výkon všetkých skúšok zvárania
Obrázok 5. (a) Vzťah medzi pomerom strán a UTS; (b) vzťah medzi predĺžením a hĺbkou prieniku a UTS; (c) Hustota výkonu pre všetky zváracie skúšky
Obrázok 6. (ac) Vickersova obrysová mapa vtlačenia mikrotvrdosti; (df) Zodpovedajúce chemické spektrá SEM-EDS pre reprezentatívne zváranie vo vodivosti; g) Schematický diagram rozhrania medzi oceľou a hliníkom; (h) Fe2Al5 a celková hrúbka IMC zvarov vodivého režimu
Obrázok 7. (ac) Vickersova obrysová mapa vtlačenia mikrotvrdosti; (df) Zodpovedajúce chemické spektrum SEM-EDS pre typické zváranie v režime lokálnej penetrácie perforácie
Obrázok 8. (ac) Vickersova obrysová mapa vtlačenia mikrotvrdosti; (df) Zodpovedajúce chemické spektrum SEM-EDS pre reprezentatívne zváranie v režime plného prepichnutia
Obrázok 9. Graf EBSD ukazuje veľkosť zŕn oblasti bohatej na železo (horná platňa) v teste režimu plného prieniku a kvantifikuje distribúciu veľkosti zŕn
Obrázok 10. SEM-EDS spektrá rozhrania medzi bohatým železom a bohatým hliníkom
Táto štúdia skúmala účinky lasera ARM na tvorbu, mikroštruktúru a mechanické vlastnosti IMC v odlišných preplátovaných spojoch z hliníkovej zliatiny IF ocele-1050. Štúdia zvažovala tri režimy zvárania (režim vedenia, režim lokálnej penetrácie a režim plnej penetrácie) a tri vybrané tvary laserového lúča (Gaussov lúč, prstencový lúč a Gaussov prstencový lúč). Výsledky výskumu naznačujú, že výber vhodného pomeru výkonu Gaussovho lúča a prstencového lúča je kľúčovým parametrom na riadenie tvorby a mikroštruktúry vnútorného modálneho uhlíka, čím sa maximalizujú mechanické vlastnosti zvaru. V režime vedenia poskytuje kruhový lúč s pomerom výkonu 0,2 najlepšiu pevnosť zvárania (71% účinnosť spoja). V režime perforácie Gaussov lúč vytvára väčšiu hĺbku zvárania a vyšší pomer strán, ale intenzita zvárania je výrazne znížená. Prstencový nosník s pomerom výkonu 0,5 má významný vplyv na zjemnenie bočných zŕn ocele vo zvarovom šve. Je to spôsobené nižšou špičkovou teplotou prstencového lúča, čo vedie k rýchlejšej rýchlosti ochladzovania, a účinkom obmedzenia rastu migrácie Al rozpustenej látky smerom k hornej časti zvarového švu na štruktúru zŕn. Existuje silná korelácia medzi Vickersovou mikrotvrdosťou a Thermo Calc predikciou fázového objemového percenta. Čím väčšie je objemové percento Fe4Al13, tým vyššia je mikrotvrdosť.
Čas odoslania: 25. januára 2024
