Při spojování oceli s hliníkem vzniká reakcí mezi atomy Fe a Al během procesu spojování křehké intermetalické sloučeniny (IMC). Přítomnost těchto IMC omezuje mechanickou pevnost spoje, proto je nutné kontrolovat množství těchto sloučenin. Důvodem tvorby IMC je špatná rozpustnost Fe v Al. Pokud překročí určité množství, může to ovlivnit mechanické vlastnosti svaru. IMC mají jedinečné vlastnosti, jako je tvrdost, omezená tažnost a houževnatost a morfologické vlastnosti. Výzkum zjistil, že ve srovnání s jinými IMC je vrstva Fe2Al5 IMC široce považována za nejkřehčí (11,8± 1,8 GPa) fáze IMC, a je také hlavním důvodem poklesu mechanických vlastností v důsledku selhání svařování. Tento článek zkoumá proces vzdáleného laserového svařování oceli IF a hliníku 1050 pomocí laseru s nastavitelným prstencovým režimem a do hloubky zkoumá vliv tvaru laserového paprsku na tvorbu intermetalických sloučenin a mechanické vlastnosti. Úpravou poměru výkonu jádro/kroužek bylo zjištěno, že v režimu vedení může poměr výkonu jádro/kroužek 0,2 dosáhnout lepší plochy povrchu spoje svarového rozhraní a významně snížit tloušťku Fe2Al5 IMC, čímž se zlepší pevnost spoje ve smyku. .
Tento článek představuje vliv nastavitelného prstencového laseru na tvorbu intermetalických sloučenin a mechanické vlastnosti během vzdáleného laserového svařování oceli IF a hliníku 1050. Výsledky výzkumu naznačují, že v režimu vedení poskytuje poměr výkonu jádro/kroužek 0,2 větší plochu povrchu spoje svarového rozhraní, což se odráží v maximální pevnosti ve smyku 97,6 N/mm2 (účinnost spoje 71 %). Navíc ve srovnání s Gaussovými paprsky s poměrem výkonu větším než 1 to výrazně snižuje tloušťku intermetalické sloučeniny Fe2Al5 (IMC) o 62 % a celkovou tloušťku IMC o 40 %. V režimu perforace byly pozorovány trhliny a nižší pevnost ve smyku ve srovnání s režimem vedení. Stojí za zmínku, že významné zjemnění zrna bylo pozorováno ve svarovém švu, když byl poměr výkonu jádro/kroužek 0,5.
Když r=0, je generován pouze výkon smyčky, zatímco když r=1, je generován pouze výkon jádra.
Schematický diagram poměru výkonu r mezi Gaussovým svazkem a prstencovým svazkem
a) svařovací zařízení; (b) hloubka a šířka profilu svaru; (c) Schematický diagram zobrazení nastavení vzorku a přípravku
MC test: Pouze v případě Gaussova paprsku je svar zpočátku v režimu mělké vodivosti (ID 1 a 2) a poté přechází do režimu částečně pronikajícího otvoru (ID 3-5), přičemž se objevují zjevné trhliny. Když se výkon prstence zvýšil z 0 na 1000 W, nebyly na ID 7 žádné zjevné trhliny a hloubka obohacení železem byla relativně malá. Když se výkon prstence zvýší na 2000 a 2500 W (ID 9 a 10), hloubka zóny bohatého železa se zvýší. Nadměrné praskání při 2500w výkonu prstence (ID 10).
MR test: Když je výkon jádra mezi 500 a 1000 W (ID 11 a 12), je svar v režimu vedení; V porovnání ID 12 a ID 7, ačkoli celkový výkon (6000 W) je stejný, ID 7 implementuje režim zámkové díry. To je způsobeno významným poklesem hustoty výkonu na ID 12 v důsledku dominantní smyčkové charakteristiky (r=0,2). Když celkový výkon dosáhne 7500 W (ID 15), lze dosáhnout režimu plného průniku a ve srovnání s 6000 W použitým v ID 7 se výkon režimu plného průniku výrazně zvýší.
Test IC: Vedený režim (ID 16 a 17) byl dosažen při výkonu jádra 1 500 W a výkonu prstence 3 000 W a 3 500 W. Když je výkon jádra 3 000 W a výkon prstence mezi 1 500 W a 2 500 W (ID 19-20), objeví se na rozhraní mezi bohatým železem a bohatým hliníkem zjevné trhliny, které vytvářejí místní pronikající vzor malých otvorů. Když je výkon prstence 3 000 a 3 500 W (ID 21 a 22), dosáhněte režimu plného průniku klíčové dírky.
Reprezentativní obrazy příčného řezu každé identifikace svařování pod optickým mikroskopem
Obrázek 4. (a) Vztah mezi mezní pevností v tahu (UTS) a poměrem výkonu při zkouškách svařování; (b) Celkový výkon všech zkoušek svařování
Obrázek 5. (a) Vztah mezi poměrem stran a UTS; (b) Vztah mezi prodloužením a hloubkou průniku a UTS; (c) Hustota výkonu pro všechny zkoušky svařování
Obrázek 6. (ac) Vickersova obrysová mapa vtisku mikrotvrdosti; (df) Odpovídající chemická spektra SEM-EDS pro reprezentativní svařování v režimu vedení; (g) Schematický diagram rozhraní mezi ocelí a hliníkem; (h) Fe2Al5 a celková tloušťka IMC svarů vodivého režimu
Obrázek 7. (ac) Vickersova obrysová mapa vtisku mikrotvrdosti; (df) Odpovídající chemické spektrum SEM-EDS pro reprezentativní svařování v režimu místní penetrace perforací
Obrázek 8. (ac) Vickersova obrysová mapa vtisku mikrotvrdosti; (df) Odpovídající chemické spektrum SEM-EDS pro reprezentativní svařování v režimu plné penetrace perforací
Obrázek 9. Graf EBSD ukazuje velikost zrna oblasti bohaté na železo (horní deska) v testu režimu plné penetrace a kvantifikuje distribuci velikosti zrn
Obrázek 10. SEM-EDS spektra rozhraní mezi bohatým železem a bohatým hliníkem
Tato studie zkoumala účinky laseru ARM na tvorbu, mikrostrukturu a mechanické vlastnosti IMC v odlišných přeplátovaných svarových spojích z hliníkové slitiny IF oceli-1050. Studie uvažovala tři režimy svařování (režim vedení, režim lokálního průniku a režim plného průniku) a tři vybrané tvary laserového paprsku (Gaussův paprsek, prstencový paprsek a Gaussův prstencový paprsek). Výsledky výzkumu naznačují, že výběr vhodného poměru výkonu Gaussova svazku a prstencového svazku je klíčovým parametrem pro řízení tvorby a mikrostruktury vnitřního modálního uhlíku, čímž se maximalizují mechanické vlastnosti svaru. V režimu vedení poskytuje kruhový paprsek s poměrem výkonu 0,2 nejlepší pevnost svařování (71% účinnost spoje). V režimu perforace Gaussův paprsek vytváří větší hloubku svařování a vyšší poměr stran, ale intenzita svařování je výrazně snížena. Prstencový nosník s poměrem výkonu 0,5 má významný vliv na zjemnění bočních zrn oceli ve svarovém švu. To je způsobeno nižší špičkovou teplotou prstencového nosníku, která vede k rychlejší rychlosti ochlazování, a efektem omezení růstu migrace rozpuštěné látky Al směrem k horní části svarového švu na strukturu zrna. Existuje silná korelace mezi mikrotvrdostí podle Vickerse a předpovědí procenta fázového objemu podle Thermo Calc. Čím větší je objemové procento Fe4Al13, tím vyšší je mikrotvrdost.
Čas odeslání: 25. ledna 2024
