Pri povezivanju čelika s aluminijem, reakcija između atoma Fe i Al tijekom procesa spajanja stvara krte intermetalne spojeve (IMC). Prisutnost ovih IMC-a ograničava mehaničku čvrstoću veze, stoga je potrebno kontrolirati količinu ovih spojeva. Razlog za nastanak IMC je slaba topljivost Fe u Al. Ako prelazi određenu količinu, može utjecati na mehanička svojstva zavara. IMC imaju jedinstvena svojstva kao što su tvrdoća, ograničena duktilnost i žilavost te morfološka svojstva. Istraživanje je pokazalo da se u usporedbi s drugim IMC slojem Fe2Al5 IMC smatra najlomljivijim (11,8± 1,8 GPa) IMC faza, a također je i glavni razlog smanjenja mehaničkih svojstava zbog neuspjeha zavarivanja. Ovaj rad istražuje daljinski laserski postupak zavarivanja IF čelika i aluminija 1050 pomoću podesivog lasera s prstenastim načinom rada i dubinski istražuje utjecaj oblika laserske zrake na stvaranje intermetalnih spojeva i mehanička svojstva. Podešavanjem omjera snage jezgra/prsten, utvrđeno je da u modusu vodljivosti, omjer snage jezgre/prstena od 0,2 može postići bolju površinu spajanja sučelja zavara i značajno smanjiti debljinu Fe2Al5 IMC, čime se poboljšava posmična čvrstoća spoja .
Ovaj članak predstavlja utjecaj podesivog prstenastog lasera na stvaranje intermetalnih spojeva i mehanička svojstva tijekom daljinskog laserskog zavarivanja IF čelika i aluminija 1050. Rezultati istraživanja pokazuju da u režimu vodljivosti, omjer snage jezgre/prstena od 0,2 osigurava veću površinu spajanja sučelja zavara, što se odražava maksimalnom čvrstoćom na smicanje od 97,6 N/mm2 (učinkovitost spoja od 71%). Osim toga, u usporedbi s Gaussovim gredama s omjerom snage većim od 1, ovo značajno smanjuje debljinu Fe2Al5 intermetalnog spoja (IMC) za 62% i ukupnu debljinu IMC za 40%. U načinu perforacije uočene su pukotine i niža posmična čvrstoća u usporedbi s provodnim načinom. Vrijedno je napomenuti da je značajno usitnjavanje zrna primijećeno u zavarenom šavu kada je omjer snage jezgra/prsten bio 0,5.
Kada je r=0, generira se samo snaga petlje, dok kada je r=1, generira se samo snaga jezgre.
Shematski dijagram omjera snaga r između Gaussovog i prstenastog snopa
(a) Uređaj za zavarivanje; (b) dubina i širina profila zavara; (c) Shematski dijagram prikaza postavki uzorka i pribora
MC test: Samo u slučaju Gaussove zrake, zavareni šav je u početku u plitkom provodljivom načinu rada (ID 1 i 2), a zatim prelazi u djelomično prodirući način otvora (ID 3-5), s pojavom očitih pukotina. Kada se snaga prstena povećala s 0 na 1000 W, nije bilo očitih 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), dubina zone bogate željezom se povećava. Pretjerano pucanje pri snazi prstena od 2500 W (ID 10).
MR test: Kada je snaga jezgre između 500 i 1000 W (ID 11 i 12), zavareni šav je u vodljivom načinu rada; Uspoređujući ID 12 i ID 7, iako je ukupna snaga (6000 W) ista, ID 7 implementira način zaključavanja otvora. To je zbog značajnog smanjenja gustoće snage na ID 12 zbog dominantne karakteristike petlje (r=0,2). Kada ukupna snaga dosegne 7500 W (ID 15), može se postići način pune penetracije, au usporedbi sa 6000 W korištenih u ID 7, snaga punog načina penetracije je značajno povećana.
IC test: Kondukcijski način rada (ID 16 i 17) postignut je pri snazi jezgre od 1500 W i snazi prstena od 3000 W i 3500 W. Kada je snaga jezgre 3000 W, a snaga prstena je između 1500 W i 2500 W (ID 19-20), očite pukotine se pojavljuju na sučelju između bogatog željeza i bogatog aluminija, tvoreći lokalni uzorak malih rupa koji prodire. Kada je snaga prstena 3000 i 3500 W (ID 21 i 22), postignite način pune penetracije ključanice.
Reprezentativne slike presjeka svake identifikacije zavarivanja pod optičkim mikroskopom
Slika 4. (a) Odnos između granične vlačne čvrstoće (UTS) i omjera snaga u ispitivanjima zavarivanja; (b) Ukupna snaga svih ispitivanja zavarivanja
Slika 5. (a) Odnos između omjera slike i UTS-a; (b) Odnos između ekstenzije i dubine prodiranja i UTS-a; (c) Gustoća snage za sva ispitivanja zavarivanja
Slika 6. (ac) Karta konture udubljenja mikrotvrdoće po Vickersu; (df) Odgovarajući SEM-EDS kemijski spektar za reprezentativno zavarivanje provodljivošću; (g) Shematski dijagram sučelja između čelika i aluminija; (h) Fe2Al5 i ukupna IMC debljina zavarenih spojeva vodljivog načina
Slika 7. (ac) Karta konture udubljenja mikrotvrdoće po Vickersu; (df) Odgovarajući SEM-EDS kemijski spektar za reprezentativno lokalno zavarivanje penetracijom i perforacijom
Slika 8. (ac) Karta konture udubljenja mikrotvrdoće po Vickersu; (df) Odgovarajući SEM-EDS kemijski spektar za reprezentativno zavarivanje punim prodorom i perforacijom
Slika 9. EBSD dijagram prikazuje veličinu zrna područja bogatog željezom (gornja ploča) u testu pune penetracijske perforacije i kvantificira raspodjelu veličine zrna
Slika 10. SEM-EDS spektri međupovršine između bogatog željeza i bogatog aluminija
Ova studija istraživala je učinke ARM lasera na formiranje, mikrostrukturu i mehanička svojstva IMC-a u različitim preklopnim zavarenim spojevima od IF čelika-1050 aluminijske legure. Studija je razmatrala tri načina zavarivanja (provodni način, način lokalnog prodiranja i način potpunog prodiranja) i tri odabrana oblika laserske zrake (Gaussova zraka, prstenasta zraka i Gaussova prstenasta zraka). Rezultati istraživanja pokazuju da je odabir odgovarajućeg omjera snage Gaussove grede i anularne grede ključni parametar za kontrolu formiranja i mikrostrukture unutarnjeg modalnog ugljika, čime se maksimiziraju mehanička svojstva zavara. U provodljivom načinu rada, kružna zraka s omjerom snage od 0,2 osigurava najbolju čvrstoću zavarivanja (71% učinkovitost spoja). U načinu perforacije, Gaussova zraka proizvodi veću dubinu zavarivanja i veći omjer širine i visine, ali je intenzitet zavarivanja značajno smanjen. Prstenasta greda s omjerom snage 0,5 ima značajan utjecaj na usitnjavanje čeličnih bočnih zrna u zavarenom šavu. To je zbog niže vršne temperature prstenaste grede koja dovodi do veće brzine hlađenja i učinka ograničenja rasta migracije otopljene tvari Al prema gornjem dijelu zavarenog šava na strukturu zrna. Postoji jaka korelacija između Vickersove mikrotvrdoće i Thermo Calc-ovog predviđanja volumenskog postotka faze. Što je veći volumni postotak Fe4Al13, to je veća mikrotvrdoća.
Vrijeme objave: 25. siječnja 2024
