Prilikom povezivanja čelika s aluminijem, reakcija između atoma Fe i Al tokom procesa povezivanja stvara krhke intermetalne spojeve (IMC). Prisustvo ovih IMC ograničava mehaničku čvrstoću spoja, stoga je potrebno kontrolisati količinu ovih spojeva. Razlog za formiranje IMC je loša rastvorljivost Fe u Al. Ako prelazi određenu količinu, to može uticati na mehanička svojstva zavara. IMC imaju jedinstvena svojstva kao što su tvrdoća, ograničena duktilnost i žilavost, te morfološke karakteristike. Istraživanja su pokazala da se u poređenju s drugim IMC slojem Fe2Al5 IMC sloj smatra najlomljivijim (11,8± 1,8 GPa) IMC faza, a ujedno je i glavni razlog za smanjenje mehaničkih svojstava zbog kvara zavarivanja. U ovom radu istražuje se proces daljinskog laserskog zavarivanja IF čelika i aluminija 1050 pomoću podesivog lasera u prstenastom modu, te dubinski istražuje utjecaj oblika laserskog snopa na formiranje intermetalnih spojeva i mehanička svojstva. Podešavanjem omjera snage jezgro/prsten, utvrđeno je da u načinu provodljivosti, omjer snage jezgro/prsten od 0,2 može postići bolju površinu spajanja međuzavara i značajno smanjiti debljinu Fe2Al5 IMC, čime se poboljšava posmična čvrstoća spoja. .
Ovaj članak predstavlja utjecaj podesivog lasera u prstenastom modu na formiranje intermetalnih spojeva i mehanička svojstva pri daljinskom laserskom zavarivanju IF čelika i 1050 aluminija. Rezultati istraživanja pokazuju da u režimu provodljivosti, omjer snage jezgro/prsten od 0,2 osigurava veću površinu spoja zavarenog spoja, što se odražava maksimalnom čvrstoćom na smicanje od 97,6 N/mm2 (efikasnost spoja od 71%). Pored toga, u poređenju sa Gausovim gredama sa omjerom snage većim od 1, ovo značajno smanjuje debljinu Fe2Al5 intermetalnog spoja (IMC) za 62% i ukupnu debljinu IMC-a za 40%. U načinu perforacije uočene su pukotine i manja posmična čvrstoća u odnosu na način provodljivosti. Vrijedi napomenuti da je uočeno značajno prečišćavanje zrna u zavarenom šavu kada je omjer snage jezgra/prsten bio 0,5.
Kada je r=0, generira se samo snaga petlje, dok se kada je r=1 generira samo snaga jezgre.
Šematski dijagram omjera snaga r između Gausove grede i prstenastog snopa
(a) Uređaj za zavarivanje; (b) dubinu i širinu profila zavara; (c) Šematski dijagram prikaza postavki uzorka i uređaja
MC test: Samo u slučaju Gaussove grede, zavareni šav je u početku u režimu plitke vodljivosti (ID 1 i 2), a zatim prelazi u režim delimičnog prodora (ID 3-5), sa očiglednim pojavljivanjem pukotina. Kada se snaga prstena povećala sa 0 na 1000 W, nije bilo očiglednih pukotina na ID 7 i dubina obogaćivanja željezom bila je relativno mala. Kada se snaga prstena poveća na 2000 i 2500 W (ID 9 i 10), povećava se dubina zone bogate željezom. Pretjerano pucanje pri snazi prstena od 2500w (ID 10).
MR test: Kada je snaga jezgra između 500 i 1000 W (ID 11 i 12), zavareni šav je u režimu provodljivosti; Upoređujući ID 12 i ID 7, iako je ukupna snaga (6000w) ista, ID 7 implementira način rada otvora za zaključavanje. Ovo je zbog značajnog smanjenja gustine snage na ID 12 zbog dominantne karakteristike petlje (r=0,2). Kada ukupna snaga dostigne 7500 W (ID 15), može se postići režim pune penetracije, au poređenju sa 6000 W koji se koristi u ID 7, snaga režima pune penetracije je značajno povećana.
IC test: Konduktivni režim (ID 16 i 17) postignut je pri 1500w snage jezgra i 3000w i 3500w snage prstena. Kada je snaga jezgre 3000w, a snaga prstena između 1500w i 2500w (ID 19-20), pojavljuju se očigledne pukotine na interfejsu između bogatog gvožđa i bogatog aluminijuma, formirajući lokalni penetrirajući uzorak malih rupa. Kada je snaga prstena 3000 i 3500w (ID 21 i 22), postići način pune penetracije ključaonice.
Reprezentativne slike poprečnog presjeka svake identifikacije zavarivanja pod optičkim mikroskopom
Slika 4. (a) Odnos između granične zatezne čvrstoće (UTS) i omjera snage u testovima zavarivanja; (b) Ukupna snaga svih testova zavarivanja
Slika 5. (a) Odnos između omjera i UTS-a; (b) Odnos između proširenja i dubine prodiranja i UTS; (c) Gustina snage za sva ispitivanja zavarivanja
Slika 6. (ac) Konturna karta udubljenja mikrotvrdoće po Vickersu; (df) Odgovarajući SEM-EDS hemijski spektri za reprezentativno zavarivanje u režimu provodljivosti; (g) Šematski dijagram interfejsa između čelika i aluminijuma; (h) Fe2Al5 i ukupna IMC debljina zavarenih spojeva u provodljivom modu
Slika 7. (ac) Konturna karta udubljenja mikrotvrdoće po Vickersu; (df) Odgovarajući SEM-EDS hemijski spektar za reprezentativno zavarivanje u načinu lokalnog prodiranja perforacije
Slika 8. (ac) Konturna mapa udubljenja mikrotvrdoće po Vickersu; (df) Odgovarajući SEM-EDS hemijski spektar za reprezentativno zavarivanje pune penetracije perforacije
Slika 9. EBSD grafikon prikazuje veličinu zrna regije bogate željezom (gornja ploča) u testu pune penetracije perforacije i kvantifikuje raspodjelu veličine zrna
Slika 10. SEM-EDS spektri interfejsa između bogatog gvožđa i bogatog aluminijuma
Ova studija je istraživala efekte ARM lasera na formiranje, mikrostrukturu i mehanička svojstva IMC-a u IF čelik-1050 aluminijske legure raznorodnih preklopnih zavarenih spojeva. Studija je razmatrala tri načina zavarivanja (konduktivni način, lokalni način penetracije i način pune penetracije) i tri odabrana oblika laserskog snopa (Gausov snop, prstenasti snop i Gausov prstenasti snop). Rezultati istraživanja pokazuju da je odabir odgovarajućeg omjera snaga Gausove grede i prstenastog snopa ključni parametar za kontrolu formiranja i mikrostrukture internog modalnog ugljika, čime se maksimiziraju mehanička svojstva šava. U režimu provodljivosti, kružni snop sa omjerom snage 0,2 pruža najbolju čvrstoću zavarivanja (71% efikasnost spoja). U režimu perforacije, Gaussova zraka proizvodi veću dubinu zavarivanja i veći omjer širine i visine, ali je intenzitet zavarivanja značajno smanjen. Prstenasta greda s omjerom snaga od 0,5 ima značajan utjecaj na prefinjenost čeličnih bočnih zrna u zavarenom šavu. To je zbog niže vršne temperature prstenastog snopa što dovodi do bržeg hlađenja i efekta ograničenja rasta migracije Al otopljene tvari prema gornjem dijelu zavarenog šava na strukturu zrna. Postoji jaka korelacija između Vickersove mikrotvrdoće i Thermo Calc-ovog predviđanja procenta zapremine faze. Što je veći volumni procenat Fe4Al13, to je veća mikrotvrdoća.
Vrijeme objave: Jan-25-2024
