Quan es connecta acer a 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, cal controlar la quantitat d'aquests compostos. La raó de la formació d'IMC és que la solubilitat del Fe en Al és deficient. 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 descobert que, en comparació amb altres IMC, la capa d'IMC de Fe2Al5 es considera àmpliament la més fràgil (11,8± Fase IMC d'1,8 GPa), 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 de soldadura làser remota d'acer IF i alumini 1050 mitjançant un làser en mode d'anell ajustable, i investiga en profunditat la influència de la forma del feix làser en la formació de compostos intermetàl·lics i les propietats mecàniques. Ajustant 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 del Fe2Al5 IMC, millorant així la resistència al cisallament de la unió.
Aquest article introdueix la influència del làser en mode d'anell ajustable en la formació de compostos intermetàl·lics i les 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 d'interfície de soldadura més gran, que es reflecteix en una resistència al cisallament màxima de 97,6 N/mm2 (eficiència de la unió del 71%). A més, en comparació amb les bigues gaussianes amb una relació de potència superior a 1, això redueix significativament el gruix del compost intermetàl·lic Fe2Al5 (IMC) en un 62% i el gruix total de l'IMC en un 40%. En el mode de perforació, es van observar esquerdes i una resistència al cisallament més baixa en comparació amb el mode de conducció. Cal destacar que es va observar un refinament de gra significatiu a la costura de soldadura quan la relació de potència nucli/anell era de 0,5.
Quan r = 0, només es genera energia del bucle, mentre que quan r = 1, només es genera energia del nucli.
Diagrama esquemàtic de la relació de potència r entre una biga gaussiana i una biga anular
(a) Dispositiu de soldadura; (b) La profunditat i l'amplada del perfil de soldadura; (c) Diagrama esquemàtic de la visualització de la mostra i la configuració del dispositiu de fixació
Prova MC: Només en el cas de la biga gaussiana, la soldadura es troba inicialment en mode de conducció superficial (ID 1 i 2), i després passa al mode de forat de bloqueig parcialment penetrant (ID 3-5), amb l'aparició d'esquerdes òbvies. Quan la potència de l'anell va augmentar de 0 a 1000 W, no hi va haver esquerdes òbvies a l'ID 7 i la profunditat de l'enriquiment de ferro va ser relativament petita. Quan la potència de l'anell augmenta a 2000 i 2500 W (ID 9 i 10), la profunditat de la zona rica en ferro augmenta. Esquerdament excessiu a una potència de l'anell de 2500 W (ID 10).
Prova de RM: Quan la potència del nucli es troba entre 500 i 1000 W (ID 11 i 12), la costura de soldadura està en mode de conducció; Comparant l'ID 12 i l'ID 7, tot i que la potència total (6000 W) és la mateixa, l'ID 7 implementa un mode de forat de bloqueig. Això es deu a la disminució significativa de la densitat de potència a l'ID 12 a causa de la característica de bucle dominant (r = 0,2). Quan la potència total arriba als 7500 W (ID 15), es pot aconseguir el mode de penetració completa i, en comparació amb els 6000 W utilitzats a l'ID 7, la potència del mode de penetració completa augmenta significativament.
Prova de CI: El mode conduït (ID 16 i 17) es va aconseguir amb una potència del nucli de 1500 W i una potència de l'anell de 3000 W i 3500 W. Quan la potència del nucli és de 3000 W i la potència de l'anell està entre 1500 W i 2500 W (ID 19-20), apareixen esquerdes evidents a la interfície entre el ferro ric i l'alumini ric, formant un patró de forats petits que penetra localment. Quan la potència de l'anell és de 3000 i 3500 W (ID 21 i 22), s'aconsegueix el mode de forat de pany de penetració completa.
Imatges transversals representatives de cada identificació de soldadura sota un microscopi òptic
Figura 4. (a) La relació entre la resistència a la tracció màxima (RTP) 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 la relació d'aspecte i la UTS; (b) La relació entre l'extensió i la profunditat de penetració i la UTS; (c) Densitat de potència per a totes les proves de soldadura
Figura 6. (ac) Mapa de contorns d'indentació de microduresa 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 d'IMC de les soldadures en mode conductiu.
Figura 7. (ac) Mapa de contorns d'indentació de microduresa Vickers; (df) Espectre químic SEM-EDS corresponent per a la soldadura en mode de perforació de penetració local representativa.
Figura 8. (ac) Mapa de contorns d'indentació de microduresa Vickers; (df) Espectre químic SEM-EDS corresponent per a la soldadura representativa en mode de perforació de penetració completa.
Figura 9. El gràfic EBSD mostra la mida de gra de la regió rica en ferro (placa superior) en la prova de mode de perforació de penetració completa i quantifica la distribució de la mida de gra.
Figura 10. Espectres SEM-EDS de la interfície entre el ferro ric i l'alumini ric
Aquest estudi va investigar els efectes del làser ARM sobre la formació, la microestructura i les propietats mecàniques de l'IMC en unions soldades per solapament diferents d'acer IF-aliatge d'alumini 1050. 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 la selecció de 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 el 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 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 de l'acer a la costura de soldadura. Això es deu a la menor temperatura màxima de la biga 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 sobre l'estructura del gra. Hi ha una forta correlació entre la microduresa Vickers i la predicció de Thermo Calc del percentatge de volum de fase. Com més gran sigui el percentatge de volum de Fe4Al13, més alta serà la microduresa.
Data de publicació: 25 de gener de 2024
