Quan es connecta l'acer a l'alumini, la reacció entre els àtoms de Fe i Al durant el procés de connexió forma compostos intermetàl·lics fràgils (IMC). La presència d'aquests IMC limita la resistència mecànica de la connexió, per tant és necessari controlar la quantitat d'aquests compostos. El motiu de la formació d'IMC és que la solubilitat de Fe en Al és pobra. Si supera una certa quantitat, pot afectar les propietats mecàniques de la soldadura. Els IMC tenen propietats úniques com ara duresa, ductilitat i tenacitat limitades i característiques morfològiques. La investigació ha trobat que, en comparació amb altres IMC, la capa Fe2Al5 IMC es considera àmpliament la més trencadissa (11,8± 1,8 GPa) fase IMC, i també és la principal raó de la disminució de les propietats mecàniques a causa de la fallada de la soldadura. Aquest article investiga el procés remot de soldadura per làser d'acer IF i alumini 1050 mitjançant un làser de mode d'anell ajustable, i investiga en profunditat la influència de la forma del feix làser en la formació de compostos intermetàl·lics i propietats mecàniques. Mitjançant l'ajust de la relació de potència nucli/anell, es va trobar que en mode de conducció, una relació de potència nucli/anell de 0,2 pot aconseguir una millor superfície d'unió de la interfície de soldadura i reduir significativament el gruix de Fe2Al5 IMC, millorant així la resistència al tall de la junta. .
Aquest article presenta la influència del làser en mode d'anell ajustable en la formació de compostos intermetàl·lics i propietats mecàniques durant la soldadura làser remota d'acer IF i alumini 1050. Els resultats de la investigació indiquen que en mode de conducció, una relació de potència nucli/anell de 0,2 proporciona una superfície d'unió de la interfície de soldadura més gran, que es reflecteix per una resistència a tall màxim de 97,6 N/mm2 (eficiència conjunta del 71%). A més, en comparació amb els feixos gaussians amb una relació de potència superior a 1, això redueix significativament el gruix del compost intermetàl·lic (IMC) Fe2Al5 en un 62% i el gruix total IMC en un 40%. En el mode de perforació, es van observar esquerdes i menor resistència al tall en comparació amb el mode de conducció. Val la pena assenyalar que es va observar un refinament important del gra a la costura de soldadura quan la relació de potència nucli/anell era de 0,5.
Quan r=0, només es genera potència de bucle, mentre que quan r=1, només es genera potència del nucli.
Esquema de la relació de potències r entre el feix gaussià i el feix anular
(a) Dispositiu de soldadura; (b) La profunditat i l'amplada del perfil de soldadura; (c) Diagrama esquemàtic de la mostra i la configuració de l'aparell
Prova MC: només en el cas del feix gaussià, la costura de soldadura es troba inicialment en mode de conducció poc profunda (ID 1 i 2), i després passa al mode de forat de penetració parcial (ID 3-5), amb esquerdes evidents. Quan la potència de l'anell va augmentar de 0 a 1000 W, no hi havia esquerdes evidents a ID 7 i la profunditat d'enriquiment de ferro era relativament petita. Quan la potència de l'anell augmenta a 2000 i 2500 W (IDs 9 i 10), la profunditat de la zona rica en ferro augmenta. Esquerdament excessiu amb una potència d'anell de 2500 W (ID 10).
Prova MR: quan la potència del nucli està entre 500 i 1000 W (ID 11 i 12), la costura de soldadura està en mode de conducció; Comparant ID 12 i ID 7, tot i que la potència total (6000w) és la mateixa, ID 7 implementa un mode de forat de bloqueig. Això es deu a la disminució significativa de la densitat de potència a ID 12 a causa de la característica del bucle dominant (r = 0,2). Quan la potència total arriba als 7500 W (ID 15), es pot aconseguir el mode de penetració total i, en comparació amb els 6000 W utilitzats a l'ID 7, la potència del mode de penetració total augmenta significativament.
Prova IC: el mode conduït (ID 16 i 17) es va aconseguir amb una potència central de 1500 w i una potència d'anell de 3000 w i 3500 w. Quan la potència central és de 3000 w i la potència de l'anell entre 1500 i 2500 w (ID 19-20), apareixen esquerdes evidents a la interfície entre ferro ric i alumini ric, formant un patró de forats petits penetrants locals. Quan la potència de l'anell és de 3000 i 3500 w (ID 21 i 22), aconsegueix el mode de penetració completa.
Imatges representatives de la secció transversal de cada identificació de soldadura sota un microscopi òptic
Figura 4. (a) La relació entre la resistència a la tracció última (UTS) i la relació de potència en les proves de soldadura; (b) La potència total de totes les proves de soldadura
Figura 5. (a) Relació entre relació d'aspecte i UTS; (b) La relació entre extensió i profunditat de penetració i UTS; (c) Densitat de potència per a totes les proves de soldadura
Figura 6. (ac) Mapa de contorn de sagnat de microduresa de Vickers; (df) Espectres químics SEM-EDS corresponents per a la soldadura en mode de conducció representativa; (g) Diagrama esquemàtic de la interfície entre l'acer i l'alumini; (h) Fe2Al5 i gruix total IMC de les soldadures en mode conductor
Figura 7. (ac) Mapa de contorn de sagnat de microduresa de Vickers; (df) Espectre químic SEM-EDS corresponent per a la soldadura en mode de perforació de penetració local representativa
Figura 8. (ac) Mapa de contorn de sagnat de microduresa de Vickers; (df) Espectre químic SEM-EDS corresponent per a una soldadura representativa en mode de perforació de penetració completa
Figura 9. El diagrama EBSD mostra la mida del gra de la regió rica en ferro (placa superior) a la prova del mode de perforació de penetració completa i quantifica la distribució de la mida del gra.
Figura 10. Espectres SEM-EDS de la interfície entre ferro ric i alumini ric
Aquest estudi va investigar els efectes del làser ARM sobre la formació, la microestructura i les propietats mecàniques de l'IMC en juntes soldades d'aliatge d'alumini IF acer-1050 diferents. L'estudi va considerar tres modes de soldadura (mode de conducció, mode de penetració local i mode de penetració completa) i tres formes de feix làser seleccionades (feix gaussià, feix anular i feix anular gaussià). Els resultats de la investigació indiquen que seleccionar la relació de potència adequada del feix gaussià i el feix anular és un paràmetre clau per controlar la formació i la microestructura del carboni modal intern, maximitzant així les propietats mecàniques de la soldadura. En mode de conducció, un feix circular amb una relació de potència de 0,2 proporciona la millor resistència de soldadura (71% d'eficiència de la junta). En el mode de perforació, el feix gaussià produeix una major profunditat de soldadura i una relació d'aspecte més alta, però la intensitat de la soldadura es redueix significativament. El feix anular amb una relació de potència de 0,5 té un impacte significatiu en el refinament dels grans laterals d'acer a la costura de soldadura. Això es deu a la temperatura màxima més baixa del feix anular que condueix a una velocitat de refredament més ràpida i a l'efecte de restricció del creixement de la migració del solut d'Al cap a la part superior de la costura de soldadura a l'estructura del gra. Hi ha una forta correlació entre la microduresa de Vickers i la predicció de Thermo Calc del percentatge de volum de fase. Com més gran sigui el percentatge de volum de Fe4Al13, més gran serà la microduresa.
Hora de publicació: 25-gen-2024
