Pri povezovanju jekla z aluminijem reakcija med atomi Fe in Al med postopkom povezovanja tvori krhke intermetalne spojine (IMC). Prisotnost teh IMC omejuje mehansko trdnost spoja, zato je potrebno nadzorovati količino teh spojin. Vzrok za nastanek IMC je slaba topnost Fe v Al. Če preseže določeno količino, lahko vpliva na mehanske lastnosti zvara. IMC imajo edinstvene lastnosti, kot so trdota, omejena duktilnost in žilavost ter morfološke značilnosti. Raziskava je pokazala, da v primerjavi z drugimi IMC sloj Fe2Al5 IMC na splošno velja za najbolj krhkega (11,8± 1,8 GPa) faza IMC in je tudi glavni razlog za zmanjšanje mehanskih lastnosti zaradi okvare pri varjenju. Ta članek raziskuje postopek laserskega varjenja na daljavo jekla IF in aluminija 1050 z uporabo laserja z nastavljivim obročnim načinom ter poglobljeno raziskuje vpliv oblike laserskega žarka na tvorbo intermetalnih spojin in mehanske lastnosti. S prilagajanjem razmerja moči jedro/obroč je bilo ugotovljeno, da lahko v prevodnem načinu z razmerjem moči jedro/obroč 0,2 dosežemo boljšo vezno površino zvarnega vmesnika in znatno zmanjšamo debelino Fe2Al5 IMC, s čimer izboljšamo strižno trdnost spoja .
Ta članek predstavlja vpliv laserja z nastavljivim obročnim načinom na tvorbo intermetalnih spojin in mehanskih lastnosti med daljinskim laserskim varjenjem IF jekla in aluminija 1050. Rezultati raziskave kažejo, da v prevodnem načinu razmerje moči jedra/obroča 0,2 zagotavlja večjo vezno površino zvarnega vmesnika, kar se odraža z največjo strižno trdnostjo 97,6 N/mm2 (učinkovitost spoja 71 %). Poleg tega se v primerjavi z Gaussovimi žarki z razmerjem moči nad 1 znatno zmanjša debelina intermetalne spojine Fe2Al5 (IMC) za 62 % in skupna debelina IMC za 40 %. Pri perforacijskem načinu so opazili razpoke in manjšo strižno trdnost v primerjavi s prevodnim načinom. Treba je omeniti, da je bilo opazno znatno prečiščevanje zrn v zvarnem šivu, ko je bilo razmerje moči jedro/obroč 0,5.
Ko je r=0, se generira samo moč zanke, ko pa je r=1, se generira samo moč jedra.
Shematski diagram razmerja moči r med Gaussovim žarkom in obročastim žarkom
(a) varilna naprava; (b) globino in širino profila zvara; (c) Shematski diagram prikazovanja nastavitev vzorca in vpenjala
Preskus MC: Samo v primeru Gaussovega žarka je zvar najprej v načinu plitke prevodnosti (ID 1 in 2), nato pa preide v način delno prebojne luknje (ID 3-5), pri čemer se pojavijo očitne razpoke. Ko se je moč obroča povečala z 0 na 1000 W, pri ID 7 ni bilo očitnih razpok in globina obogatitve z železom je bila relativno majhna. Ko se moč obroča poveča na 2000 in 2500 W (ID 9 in 10), se globina cone bogatega železa poveča. Prekomerno pokanje pri moči obroča 2500 W (ID 10).
MR test: Ko je moč jedra med 500 in 1000 W (ID 11 in 12), je zvar v prevodnem načinu; Če primerjamo ID 12 in ID 7, čeprav je skupna moč (6000 W) enaka, ID 7 izvaja način zaklepanja. To je posledica znatnega zmanjšanja gostote moči pri ID 12 zaradi prevladujoče karakteristike zanke (r=0,2). Ko skupna moč doseže 7500 W (ID 15), je mogoče doseči način popolne penetracije in v primerjavi s 6000 W, uporabljenimi v ID 7, se moč načina polne penetracije znatno poveča.
Preizkus IC: Kondukcijski način (ID 16 in 17) je bil dosežen pri 1500 W jedrne moči ter 3000 W in 3500 W moči obroča. Ko je moč jedra 3000 W in moč obroča med 1500 W in 2500 W (ID 19-20), se na vmesniku med bogatim železom in bogatim aluminijem pojavijo očitne razpoke, ki tvorijo lokalni prodorni vzorec majhnih lukenj. Ko je moč obroča 3000 in 3500 W (ID 21 in 22), dosežete način polne penetracije ključavnice.
Reprezentativne slike prečnega prereza vsake identifikacije varjenja pod optičnim mikroskopom
Slika 4. (a) Razmerje med skrajno natezno trdnostjo (UTS) in razmerjem moči pri preskusih varjenja; (b) Skupna moč vseh varilnih preskusov
Slika 5. (a) Razmerje med razmerjem stranic in UTS; (b) razmerje med raztezkom in globino prodiranja ter UTS; (c) Gostota moči za vse varilne preskuse
Slika 6. (ac) Karta konture vdolbine mikrotrdote po Vickersu; (df) Ustrezni kemijski spektri SEM-EDS za reprezentativno prevodno varjenje; (g) shematski diagram vmesnika med jeklom in aluminijem; (h) Fe2Al5 in skupna IMC debelina prevodnih zvarov
Slika 7. (ac) Karta konture vdolbine mikrotrdote po Vickersu; (df) Ustrezen kemijski spekter SEM-EDS za reprezentativno lokalno varjenje s prebojno perforacijo
Slika 8. (ac) Karta konture vdolbine mikrotrdote po Vickersu; (df) Ustrezen kemijski spekter SEM-EDS za reprezentativno varjenje s perforacijo s polnim prebojem
Slika 9. Graf EBSD prikazuje velikost zrn območja, bogatega z železom (zgornja plošča) v preskusu načina perforacije s popolno penetracijo, in kvantificira porazdelitev velikosti zrn
Slika 10. Spektri SEM-EDS vmesnika med bogatim železom in bogatim aluminijem
Ta študija je raziskovala učinke laserja ARM na nastanek, mikrostrukturo in mehanske lastnosti IMC v različnih prekrivnih zvarnih spojih iz IF jekla-1050 aluminijeve zlitine. Študija je obravnavala tri načine varjenja (prevodni način, način lokalnega preboja in način polnega preboja) in tri izbrane oblike laserskega žarka (Gaussov žarek, obročasti žarek in Gaussov obročasti žarek). Rezultati raziskav kažejo, da je izbira ustreznega razmerja moči Gaussovega žarka in obročastega žarka ključni parameter za nadzor tvorbe in mikrostrukture notranjega modalnega ogljika, s čimer se povečajo mehanske lastnosti zvara. V prevodnem načinu zagotavlja krožni žarek z razmerjem moči 0,2 najboljšo varilno trdnost (71-odstotna učinkovitost spoja). V načinu perforacije Gaussov žarek povzroči večjo globino varjenja in višje razmerje stranic, vendar je intenzivnost varjenja bistveno zmanjšana. Obročasti žarek z razmerjem moči 0,5 pomembno vpliva na finost stranskih zrn jekla v zvaru. To je posledica nižje najvišje temperature obročastega žarka, ki vodi do hitrejše hitrosti ohlajanja, in učinka omejevanja rasti migracije topljenca Al proti zgornjemu delu zvara na strukturo zrn. Obstaja močna korelacija med Vickersovo mikrotrdoto in napovedjo Thermo Calc volumskega odstotka faze. Večji kot je volumski odstotek Fe4Al13, večja je mikrotrdota.
Čas objave: 25. januarja 2024
