Jungiant plieną su aliuminiu, reakcija tarp Fe ir Al atomų prijungimo proceso metu sudaro trapius intermetalinius junginius (IMC). Šių IMC buvimas riboja mechaninį jungties stiprumą, todėl būtina kontroliuoti šių junginių kiekį. IMC susidarymo priežastis yra ta, kad Fe tirpumas Al yra prastas. Jei jis viršija tam tikrą kiekį, tai gali turėti įtakos mechaninėms suvirinimo siūlės savybėms. IMC turi unikalių savybių, tokių kaip kietumas, ribotas lankstumas ir kietumas bei morfologinės savybės. Tyrimai parodė, kad, palyginti su kitais IMC, Fe2Al5 IMC sluoksnis plačiai laikomas trapiausiu (11,8± 1,8 GPa) IMC fazė, taip pat yra pagrindinė mechaninių savybių sumažėjimo dėl suvirinimo gedimo priežastis. Šiame darbe tiriamas nuotolinio IF plieno ir 1050 aliuminio suvirinimo lazeriu procesas, naudojant reguliuojamo žiedinio režimo lazerį, ir nuodugniai ištirta lazerio spindulio formos įtaka intermetalinių junginių susidarymui ir mechaninėms savybėms. Reguliuojant šerdies/žiedo galios santykį buvo nustatyta, kad esant laidumo režimui, šerdies/žiedo galios santykis 0,2 gali pasiekti geresnį suvirinimo sąsajos paviršiaus plotą ir žymiai sumažinti Fe2Al5 IMC storį, taip pagerinant jungties šlyties stiprumą. .
Šiame straipsnyje pristatoma reguliuojamo žiedinio režimo lazerio įtaka intermetalinių junginių susidarymui ir mechaninėms savybėms nuotoliniu būdu suvirinant IF plieną ir 1050 aliuminį lazeriu. Tyrimo rezultatai rodo, kad esant laidumo režimui, šerdies/žiedo galios santykis 0,2 suteikia didesnį suvirinimo sąsajos paviršiaus plotą, kurį atspindi didžiausias 97,6 N/mm2 šlyties stiprumas (jungimo efektyvumas 71%). Be to, palyginti su Gauso pluoštais, kurių galios santykis didesnis nei 1, tai žymiai sumažina Fe2Al5 intermetalinio junginio (IMC) storį 62%, o bendrą IMC storį - 40%. Perforacijos režimu buvo pastebėti įtrūkimai ir mažesnis šlyties stiprumas, palyginti su laidumo režimu. Verta paminėti, kad suvirinimo siūlėje buvo pastebėtas didelis grūdėtumas, kai šerdies/žiedo galios santykis buvo 0,5.
Kai r = 0, generuojama tik kilpos galia, o kai r = 1, generuojama tik šerdies galia.
Gauso pluošto ir žiedinio pluošto galios santykio r schema
a) suvirinimo įtaisas; b) suvirinimo profilio gylis ir plotis; c) Scheminė pavyzdžio ir armatūros nustatymų rodymo schema
MC testas: tik Gauso pluošto atveju, suvirinimo siūlė iš pradžių yra sekliojo laidumo režimu (ID 1 ir 2), o po to pereina į iš dalies prasiskverbiančios užrakto režimą (ID 3-5), atsiranda akivaizdžių įtrūkimų. Kai žiedo galia padidėjo nuo 0 iki 1000 W, ties ID 7 nebuvo akivaizdžių įtrūkimų, o geležies sodrinimo gylis buvo palyginti mažas. Kai žiedo galia padidėja iki 2000 ir 2500 W (ID 9 ir 10), turtingos geležies zonos gylis padidėja. Per didelis įtrūkimas esant 2500 W žiedo galiai (ID 10).
MR testas: kai šerdies galia yra nuo 500 iki 1000 W (ID 11 ir 12), suvirinimo siūlė veikia laidumo režimu; Lyginant ID 12 ir ID 7, nors bendra galia (6000w) yra tokia pati, ID 7 įgyvendina užrakto angos režimą. Taip yra dėl didelio galios tankio sumažėjimo ties ID 12 dėl dominuojančios kilpos charakteristikos (r = 0,2). Kai bendra galia pasiekia 7500 W (ID 15), galima pasiekti visišką įsiskverbimo režimą, o lyginant su ID 7 naudojamu 6000 W, pilno įsiskverbimo režimo galia žymiai padidėja.
IC testas: laidumo režimas (ID 16 ir 17) buvo pasiektas esant 1500 W šerdies galiai ir 3000 W bei 3500 W žiedo galiai. Kai šerdies galia yra 3 000 W, o žiedo galia yra nuo 1 500 W iki 2 500 W (ID 19-20), tarp turtingos geležies ir turtingo aliuminio atsiranda akivaizdžių įtrūkimų, kurie sudaro vietinį prasiskverbiantį mažų skylių raštą. Kai žiedo galia yra 3000 ir 3500 W (ID 21 ir 22), pasiekite visiško įsiskverbimo rakto skylutės režimą.
Reprezentatyvūs kiekvieno suvirinimo identifikavimo skerspjūvio vaizdai optiniu mikroskopu
4 pav. a) Ryšys tarp ribinio tempiamojo stiprio (UTS) ir galios santykio atliekant suvirinimo bandymus; b) Bendra visų suvirinimo bandymų galia
5 pav. a) Kraštinių santykio ir UTS santykis; b) ryšį tarp išplėtimo ir įsiskverbimo gylio bei UTS; c) galios tankis atliekant visus suvirinimo bandymus
6 pav. (ac) Vickers mikrokietumo įdubimo kontūro žemėlapis; df) atitinkami SEM-EDS cheminiai spektrai, skirti tipiniam suvirinimui laidumo režimu; g) Scheminė plieno ir aliuminio sąsajos schema; h) Fe2Al5 ir bendras laidžiojo režimo suvirinimo siūlių IMC storis
7 pav. (ac) Vickers mikrokietumo įdubimo kontūro žemėlapis; (df) Atitinkamas SEM-EDS cheminis spektras reprezentatyviam vietiniam perforacijos režimo suvirinimui
8 pav. (ac) Vickers mikrokietumo įdubimo kontūro žemėlapis; (df) Atitinkamas SEM-EDS cheminis spektras reprezentatyviam pilno įsiskverbimo perforacijos režimo suvirinimui
9 pav. EBSD diagrama rodo geležies turtingos srities (viršutinės plokštės) grūdelių dydį atliekant viso prasiskverbimo perforacijos režimo bandymą ir kiekybiškai įvertina grūdelių dydžio pasiskirstymą
10 pav. SEM-EDS sąsajos tarp turtingos geležies ir turtingo aliuminio spektrai
Šiame tyrime buvo tiriamas ARM lazerio poveikis IMC formavimuisi, mikrostruktūrai ir mechaninėms savybėms IF plieno-1050 aliuminio lydinio skirtingose juosmeninėse suvirintose jungtyse. Tyrime buvo nagrinėjami trys suvirinimo režimai (laidumo režimas, vietinio įsiskverbimo režimas ir visiško įsiskverbimo režimas) ir trys pasirinktos lazerio spindulio formos (Gauso pluoštas, žiedinis pluoštas ir Gauso žiedinis pluoštas). Tyrimo rezultatai rodo, kad tinkamo Gauso pluošto ir žiedinės sijos galios santykio parinkimas yra pagrindinis parametras kontroliuojant vidinės modalinės anglies susidarymą ir mikrostruktūrą, taip maksimaliai padidinant suvirinimo siūlės mechanines savybes. Esant laidumo režimui, žiedinis pluoštas, kurio galios santykis yra 0,2, užtikrina geriausią suvirinimo stiprumą (71 % jungties efektyvumas). Perforacijos režimu Gauso pluoštas sukuria didesnį suvirinimo gylį ir didesnį kraštinių santykį, tačiau suvirinimo intensyvumas žymiai sumažėja. Žiedinė sija, kurios galios santykis yra 0,5, turi didelę įtaką plieno šoninių grūdelių suvirinimo siūlėje rafinuotumui. Taip yra dėl žemesnės žiedinės sijos smailės temperatūros, lemiančios greitesnį aušinimo greitį, ir augimą ribojančio Al tirpalo migracijos link viršutinės suvirinimo siūlės dalies grūdelių struktūrai. Yra stiprus ryšys tarp Vickers mikrokietumo ir Thermo Calc prognozės apie fazės tūrio procentą. Kuo didesnis Fe4Al13 tūrio procentas, tuo didesnis mikrokietumas.
Paskelbimo laikas: 2024-01-25
