Κατά τη σύνδεση του χάλυβα με το αλουμίνιο, η αντίδραση μεταξύ των ατόμων Fe και Al κατά τη διάρκεια της διαδικασίας σύνδεσης σχηματίζει εύθραυστες διαμεταλλικές ενώσεις (IMCs). Η παρουσία αυτών των IMC περιορίζει τη μηχανική αντοχή της σύνδεσης, επομένως είναι απαραίτητος ο έλεγχος της ποσότητας αυτών των ενώσεων. Ο λόγος για τον σχηματισμό των IMC είναι ότι η διαλυτότητα του Fe στο Al είναι φτωχή. Εάν υπερβαίνει μια ορισμένη ποσότητα, μπορεί να επηρεάσει τις μηχανικές ιδιότητες της συγκόλλησης. Τα IMC έχουν μοναδικές ιδιότητες όπως σκληρότητα, περιορισμένη ολκιμότητα και σκληρότητα και μορφολογικά χαρακτηριστικά. Η έρευνα έχει βρει ότι σε σύγκριση με άλλα IMC, το στρώμα Fe2Al5 IMC θεωρείται ευρέως το πιο εύθραυστο (11,8± 1,8 GPa) φάση IMC, και είναι επίσης ο κύριος λόγος για τη μείωση των μηχανικών ιδιοτήτων λόγω αστοχίας συγκόλλησης. Αυτή η εργασία διερευνά τη διαδικασία συγκόλλησης με λέιζερ από απόσταση του χάλυβα IF και του αλουμινίου 1050 χρησιμοποιώντας ένα λέιζερ ρυθμιζόμενου δακτυλίου και διερευνά σε βάθος την επίδραση του σχήματος της δέσμης λέιζερ στον σχηματισμό διαμεταλλικών ενώσεων και μηχανικών ιδιοτήτων. Προσαρμόζοντας την αναλογία ισχύος πυρήνα/δαχτυλιδιού, διαπιστώθηκε ότι σε λειτουργία αγωγιμότητας, ένας λόγος ισχύος πυρήνα/δαχτυλιδιού 0,2 μπορεί να επιτύχει καλύτερη επιφάνεια συγκόλλησης διεπαφής συγκόλλησης και να μειώσει σημαντικά το πάχος του Fe2Al5 IMC, βελτιώνοντας έτσι τη διατμητική αντοχή της άρθρωσης .
Αυτό το άρθρο εισάγει την επίδραση του λέιζερ ρυθμιζόμενου δακτυλίου στον σχηματισμό διαμεταλλικών ενώσεων και των μηχανικών ιδιοτήτων κατά τη συγκόλληση με λέιζερ από απόσταση του χάλυβα IF και του αλουμινίου 1050. Τα αποτελέσματα της έρευνας υποδεικνύουν ότι σε λειτουργία αγωγιμότητας, ο λόγος ισχύος πυρήνα/δακτυλίου 0,2 παρέχει μεγαλύτερη επιφάνεια συγκόλλησης διεπαφής συγκόλλησης, η οποία αντανακλάται από μέγιστη αντοχή διάτμησης 97,6 N/mm2 (απόδοση αρμού 71%). Επιπλέον, σε σύγκριση με τις δοκούς Gauss με λόγο ισχύος μεγαλύτερο από 1, αυτό μειώνει σημαντικά το πάχος της διαμεταλλικής ένωσης Fe2Al5 (IMC) κατά 62% και το συνολικό πάχος IMC κατά 40%. Στη λειτουργία διάτρησης, παρατηρήθηκαν ρωγμές και χαμηλότερη διατμητική αντοχή σε σύγκριση με τη λειτουργία αγωγιμότητας. Αξίζει να σημειωθεί ότι σημαντική βελτίωση των κόκκων παρατηρήθηκε στη ραφή συγκόλλησης όταν ο λόγος ισχύος πυρήνα/δακτυλίου ήταν 0,5.
Όταν r=0, παράγεται μόνο ισχύς βρόχου, ενώ όταν r=1, παράγεται μόνο ισχύς πυρήνα.
Σχηματικό διάγραμμα του λόγου ισχύος r μεταξύ δοκού Gauss και δακτυλιοειδούς δοκού
(α) Συσκευή συγκόλλησης· (β) Το βάθος και το πλάτος του προφίλ συγκόλλησης. (γ) Σχηματικό διάγραμμα εμφάνισης ρυθμίσεων δείγματος και εξαρτήματος
Δοκιμή MC: Μόνο στην περίπτωση της δοκού Gauss, η ραφή συγκόλλησης βρίσκεται αρχικά σε λειτουργία ρηχής αγωγιμότητας (ID 1 και 2) και στη συνέχεια μεταβαίνει σε λειτουργία μερικής διείσδυσης κλειδαριάς (ID 3-5), με εμφανείς ρωγμές. Όταν η ισχύς του δακτυλίου αυξήθηκε από 0 σε 1000 W, δεν υπήρχαν εμφανείς ρωγμές στο ID 7 και το βάθος εμπλουτισμού σιδήρου ήταν σχετικά μικρό. Όταν η ισχύς του δακτυλίου αυξάνεται στα 2000 και 2500 W (ID 9 και 10), το βάθος της ζώνης πλούσιου σιδήρου αυξάνεται. Υπερβολικό ράγισμα σε ισχύ δακτυλίου 2500w (ID 10).
Δοκιμή MR: Όταν η ισχύς του πυρήνα είναι μεταξύ 500 και 1000 W (ID 11 και 12), η ραφή συγκόλλησης βρίσκεται σε λειτουργία αγωγιμότητας. Συγκρίνοντας το ID 12 και το ID 7, παρόλο που η συνολική ισχύς (6000w) είναι η ίδια, το ID 7 εφαρμόζει μια λειτουργία οπής κλειδώματος. Αυτό οφείλεται στη σημαντική μείωση της πυκνότητας ισχύος στο ID 12 λόγω του χαρακτηριστικού του κυρίαρχου βρόχου (r=0,2). Όταν η συνολική ισχύς φτάσει τα 7500 W (ID 15), μπορεί να επιτευχθεί η λειτουργία πλήρους διείσδυσης και σε σύγκριση με τα 6000 W που χρησιμοποιούνται στο ID 7, η ισχύς της λειτουργίας πλήρους διείσδυσης αυξάνεται σημαντικά.
Δοκιμή IC: Η λειτουργία διεξαγωγής (ID 16 και 17) επιτεύχθηκε με ισχύ πυρήνα 1500w και ισχύ δακτυλίου 3000w και 3500w. Όταν η ισχύς του πυρήνα είναι 3000w και η ισχύς του δακτυλίου είναι μεταξύ 1500w και 2500w (ID 19-20), εμφανίζονται εμφανείς ρωγμές στη διεπαφή μεταξύ πλούσιου σιδήρου και πλούσιου αλουμινίου, σχηματίζοντας ένα τοπικό διεισδυτικό σχέδιο μικρής τρύπας. Όταν η ισχύς του δακτυλίου είναι 3000 και 3500w (ID 21 και 22), επιτύχετε τη λειτουργία κλειδαρότρυπας πλήρους διείσδυσης.
Αντιπροσωπευτικές εικόνες διατομής κάθε αναγνώρισης συγκόλλησης κάτω από οπτικό μικροσκόπιο
Σχήμα 4. (α) Η σχέση μεταξύ της τελικής αντοχής εφελκυσμού (UTS) και του λόγου ισχύος στις δοκιμές συγκόλλησης. (β) Η συνολική ισχύς όλων των δοκιμών συγκόλλησης
Σχήμα 5. (α) Σχέση μεταξύ αναλογίας διαστάσεων και UTS. (β) Η σχέση μεταξύ επέκτασης και βάθους διείσδυσης και UTS. (γ) Πυκνότητα ισχύος για όλες τις δοκιμές συγκόλλησης
Εικόνα 6. (ac) Χάρτης περιγράμματος εσοχής μικροσκληρότητας Vickers. (δστ) Αντίστοιχα χημικά φάσματα SEM-EDS για συγκόλληση αντιπροσωπευτικού τρόπου αγωγιμότητας. ζ) Σχηματικό διάγραμμα της διεπαφής μεταξύ χάλυβα και αλουμινίου. (η) Fe2Al5 και συνολικό πάχος IMC συγκολλήσεων αγώγιμου τρόπου
Εικόνα 7. (ac) Χάρτης περιγράμματος εσοχής μικροσκληρότητας Vickers. (δστ) Αντίστοιχο χημικό φάσμα SEM-EDS για αντιπροσωπευτική συγκόλληση με λειτουργία τοπικής διείσδυσης
Εικόνα 8. (ac) Χάρτης περιγράμματος εσοχής μικροσκληρότητας Vickers. (δστ) Αντίστοιχο χημικό φάσμα SEM-EDS για αντιπροσωπευτική συγκόλληση με τρόπο διάτρησης πλήρους διείσδυσης
Σχήμα 9. Η γραφική παράσταση EBSD δείχνει το μέγεθος κόκκου της πλούσιας σε σίδηρο περιοχής (άνω πλάκα) στη δοκιμή τρόπου λειτουργίας διάτρησης πλήρους διείσδυσης και ποσοτικοποιεί την κατανομή μεγέθους κόκκων
Εικόνα 10. Φάσματα SEM-EDS της διεπαφής μεταξύ πλούσιου σιδήρου και πλούσιου αλουμινίου
Αυτή η μελέτη διερεύνησε τις επιδράσεις του λέιζερ ARM στον σχηματισμό, τη μικροδομή και τις μηχανικές ιδιότητες του IMC σε ανόμοιους συγκολλημένους αρμούς IF χάλυβα-1050 από κράμα αλουμινίου. Η μελέτη εξέτασε τρεις τρόπους συγκόλλησης (τρόπος αγωγής, λειτουργία τοπικής διείσδυσης και λειτουργία πλήρους διείσδυσης) και τρία επιλεγμένα σχήματα δέσμης λέιζερ (ακτίνα Gauss, δακτυλιοειδής δέσμη και δακτυλιοειδής δέσμη Gauss). Τα αποτελέσματα της έρευνας δείχνουν ότι η επιλογή της κατάλληλης αναλογίας ισχύος της δοκού Gauss και της δακτυλιοειδούς δοκού είναι μια βασική παράμετρος για τον έλεγχο του σχηματισμού και της μικροδομής του εσωτερικού τροπικού άνθρακα, μεγιστοποιώντας έτσι τις μηχανικές ιδιότητες της συγκόλλησης. Στη λειτουργία αγωγιμότητας, μια κυκλική δοκός με λόγο ισχύος 0,2 παρέχει την καλύτερη αντοχή συγκόλλησης (71% απόδοση αρμού). Στη λειτουργία διάτρησης, η δέσμη Gauss παράγει μεγαλύτερο βάθος συγκόλλησης και υψηλότερο λόγο διαστάσεων, αλλά η ένταση συγκόλλησης μειώνεται σημαντικά. Η δακτυλιοειδής δοκός με λόγο ισχύος 0,5 έχει σημαντικό αντίκτυπο στην τελειοποίηση των πλευρικών κόκκων χάλυβα στη ραφή συγκόλλησης. Αυτό οφείλεται στη χαμηλότερη θερμοκρασία κορυφής της δακτυλιοειδούς δοκού που οδηγεί σε ταχύτερο ρυθμό ψύξης και στην επίδραση περιορισμού της ανάπτυξης της μετανάστευσης διαλυμένης ουσίας Al προς το πάνω μέρος της ραφής συγκόλλησης στη δομή των κόκκων. Υπάρχει μια ισχυρή συσχέτιση μεταξύ της μικροσκληρότητας του Vickers και της πρόβλεψης του ποσοστού όγκου φάσης του Thermo Calc. Όσο μεγαλύτερο είναι το ποσοστό όγκου του Fe4Al13, τόσο μεγαλύτερη είναι η μικροσκληρότητα.
Ώρα δημοσίευσης: Ιαν-25-2024
