När man kopplar stål till aluminium bildar reaktionen mellan Fe- och Al-atomer under anslutningsprocessen spröda intermetalliska föreningar (IMC). Närvaron av dessa IMC begränsar anslutningens mekaniska styrka, därför är det nödvändigt att kontrollera mängden av dessa föreningar. Anledningen till bildandet av IMC är att lösligheten av Fe i Al är dålig. Om det överstiger en viss mängd kan det påverka svetsens mekaniska egenskaper. IMC har unika egenskaper som hårdhet, begränsad duktilitet och seghet, och morfologiska egenskaper. Forskning har funnit att jämfört med andra IMC:er anses Fe2Al5 IMC-skiktet allmänt vara det mest spröda (11,8± 1,8 GPa) IMC-fas, och är också huvudorsaken till minskningen av mekaniska egenskaper på grund av svetsfel. Den här artikeln undersöker den avlägsna lasersvetsprocessen av IF-stål och 1050-aluminium med hjälp av en laser med justerbart ringläge, och undersöker på djupet inverkan av laserstråleform på bildandet av intermetalliska föreningar och mekaniska egenskaper. Genom att justera kraftförhållandet mellan kärna och ring fann man att under ledningsläge kan ett kraftförhållande mellan kärna och ring på 0,2 uppnå bättre ytarea för bindning av svetsgränssnittet och avsevärt minska tjockleken på Fe2Al5 IMC, och därigenom förbättra fogens skjuvhållfasthet .
Den här artikeln introducerar inverkan av laser med justerbart ringläge på bildningen av intermetalliska föreningar och mekaniska egenskaper under fjärrlasersvetsning av IF-stål och 1050-aluminium. Forskningsresultaten indikerar att under ledningsläge ger ett kraftförhållande mellan kärna och ring på 0,2 en större yta vid svetsgränssnittets limning, vilket återspeglas av en maximal skjuvhållfasthet på 97,6 N/mm2 (fogeffektivitet på 71%). Jämfört med gaussiska strålar med ett effektförhållande som är större än 1, minskar detta avsevärt tjockleken på Fe2Al5 intermetallisk förening (IMC) med 62 % och den totala IMC-tjockleken med 40 %. I perforeringsläget observerades sprickor och lägre skjuvhållfasthet jämfört med ledningsläget. Det är värt att notera att betydande kornförfining observerades i svetssömmen när kraftförhållandet kärna/ring var 0,5.
När r=0 genereras endast slingeffekt, medan när r=1 genereras endast kärnkraft.
Schematiskt diagram av effektförhållande r mellan Gaussisk stråle och ringformig stråle
(a) Svetsanordning. (b) Svetsprofilens djup och bredd; (c) Schematiskt diagram över visning av prov och fixturinställningar
MC-test: Endast i fallet med Gaussisk stråle är svetsfogen initialt i grunt ledningsläge (ID 1 och 2), och övergår sedan till delvis penetrerande låshålsläge (ID 3-5), med tydliga sprickor. När ringeffekten ökade från 0 till 1000 W fanns det inga tydliga sprickor vid ID 7 och djupet av järnanrikningen var relativt litet. När ringeffekten ökar till 2000 och 2500 W (ID 9 och 10), ökar djupet på den rika järnzonen. Överdriven sprickbildning vid 2500w ringeffekt (ID 10).
MR-test: När kärnkraften är mellan 500 och 1000 W (ID 11 och 12), är svetsfogen i ledningsläge; Jämför man ID 12 och ID 7, även om den totala effekten (6000w) är densamma, implementerar ID 7 ett låshålsläge. Detta beror på den signifikanta minskningen i effekttäthet vid ID 12 på grund av den dominerande slingkarakteristiken (r=0,2). När den totala effekten når 7500 W (ID 15) kan full penetrationsläge uppnås, och jämfört med de 6000 W som används i ID 7, ökar effekten av full penetrationsläge avsevärt.
IC-test: Genomfört läge (ID 16 och 17) uppnåddes vid 1500w kärnkraft och 3000w och 3500w ringeffekt. När kärnkraften är 3000w och ringeffekten är mellan 1500w och 2500w (ID 19-20), uppstår uppenbara sprickor i gränssnittet mellan rikt järn och rikt aluminium, vilket bildar ett lokalt penetrerande mönster med små hål. När ringeffekten är 3000 och 3500w (ID 21 och 22), uppnå full penetration nyckelhålsläge.
Representativa tvärsnittsbilder av varje svetsidentifiering under ett optiskt mikroskop
Figur 4. (a) Förhållandet mellan draghållfasthet (UTS) och effektförhållande vid svetsprov; (b) Den totala effekten av alla svetsprov
Figur 5. (a) Förhållandet mellan bildförhållande och UTS; (b) Förhållandet mellan förlängning och penetrationsdjup och UTS. (c) Effekttäthet för alla svetsprov
Figur 6. (ac) Vickers mikrohårdhetsindragningskonturkarta; (df) Motsvarande SEM-EDS kemiska spektra för representativ svetsning i ledningsläge; (g) Schematiskt diagram över gränssnittet mellan stål och aluminium. (h) Fe2Al5 och total IMC-tjocklek för svetsar med ledande mod
Figur 7. (ac) Vickers mikrohårdhetsindragningskonturkarta; (df) Motsvarande SEM-EDS kemiskt spektrum för representativ lokal penetration perforeringsmodssvetsning
Figur 8. (ac) Vickers mikrohårdhetsindragningskonturkarta; (df) Motsvarande SEM-EDS kemiskt spektrum för representativ svetsning i perforeringsläge med full penetration
Figur 9. EBSD-diagram visar kornstorleken för den järnrika regionen (övre plattan) i testet för full penetration perforering och kvantifierar kornstorleksfördelningen
Figur 10. SEM-EDS-spektra för gränsytan mellan rikt järn och rikt aluminium
Denna studie undersökte effekterna av ARM-laser på bildandet, mikrostrukturen och mekaniska egenskaperna hos IMC i IF stål-1050 aluminiumlegering olik överlappsvetsade fogar. Studien övervägde tre svetslägen (ledningsläge, lokalt penetrationsläge och full penetrationsläge) och tre utvalda laserstråleformer (gaussisk stråle, ringformig stråle och Gaussisk ringformig stråle). Forskningsresultaten indikerar att valet av rätt effektförhållande mellan Gaussisk stråle och ringformig stråle är en nyckelparameter för att kontrollera bildningen och mikrostrukturen av internt modalt kol, och därigenom maximera svetsens mekaniska egenskaper. I ledningsläge ger en cirkulär stråle med ett effektförhållande på 0,2 den bästa svetshållfastheten (71 % fogeffektivitet). I perforeringsläget producerar den Gaussiska strålen större svetsdjup och högre bildförhållande, men svetsintensiteten reduceras avsevärt. Den ringformade balken med ett effektförhållande på 0,5 har en betydande inverkan på förfiningen av stålsidokorn i svetsfogen. Detta beror på att den ringformiga balkens lägre topptemperatur leder till en snabbare avkylningshastighet och den tillväxtbegränsande effekten av migrering av lösta ämnen av Al mot den övre delen av svetsfogen på kornstrukturen. Det finns ett starkt samband mellan Vickers mikrohårdhet och Thermo Calcs förutsägelse av fasvolymprocent. Ju större volymprocent Fe4Al13 är, desto högre mikrohårdhet.
Posttid: 2024-jan-25
