Savienojot tēraudu ar alumīniju, reakcija starp Fe un Al atomiem savienošanas procesā veido trauslus intermetāliskus savienojumus (IMC). Šo IMC klātbūtne ierobežo savienojuma mehānisko izturību, tāpēc ir nepieciešams kontrolēt šo savienojumu daudzumu. IMC veidošanās iemesls ir tas, ka Fe šķīdība Al ir slikta. Ja tas pārsniedz noteiktu daudzumu, tas var ietekmēt metinātās šuves mehāniskās īpašības. IMC ir unikālas īpašības, piemēram, cietība, ierobežota elastība un stingrība, kā arī morfoloģiskās īpašības. Pētījumi atklāja, ka, salīdzinot ar citiem IMC, Fe2Al5 IMC slānis tiek plaši uzskatīts par trauslāko (11,8± 1,8 GPa) IMC fāze, un tas ir arī galvenais iemesls mehānisko īpašību samazinājumam metināšanas kļūmes dēļ. Šajā rakstā ir pētīts IF tērauda un 1050 alumīnija attālās lāzermetināšanas process, izmantojot regulējamo gredzenveida lāzeru, un padziļināti izpētīta lāzera stara formas ietekme uz intermetālisko savienojumu veidošanos un mehāniskajām īpašībām. Pielāgojot serdes/gredzena jaudas attiecību, tika konstatēts, ka vadītspējas režīmā serdes/gredzena jaudas attiecība 0,2 var sasniegt labāku metināšanas saskarnes savienojuma virsmas laukumu un ievērojami samazināt Fe2Al5 IMC biezumu, tādējādi uzlabojot savienojuma bīdes izturību. .
Šis raksts iepazīstina ar regulējamā gredzenveida lāzera ietekmi uz intermetālisko savienojumu veidošanos un mehāniskajām īpašībām IF tērauda un 1050 alumīnija attālinātās lāzermetināšanas laikā. Pētījuma rezultāti liecina, ka vadītspējas režīmā serdes/gredzena jaudas attiecība 0,2 nodrošina lielāku metinājuma saskarnes savienojuma virsmas laukumu, ko atspoguļo maksimālā bīdes izturība 97,6 N/mm2 (šuves efektivitāte 71%). Turklāt, salīdzinot ar Gausa sijām, kuru jaudas attiecība ir lielāka par 1, tas ievērojami samazina Fe2Al5 intermetāliskā savienojuma (IMC) biezumu par 62% un kopējo IMC biezumu par 40%. Perforācijas režīmā tika novērotas plaisas un mazāka bīdes izturība salīdzinājumā ar vadīšanas režīmu. Ir vērts atzīmēt, ka ievērojama graudu izsmalcinātība tika novērota metināšanas šuvē, kad serdes/gredzena jaudas attiecība bija 0,5.
Ja r = 0, tiek ģenerēta tikai cilpas jauda, savukārt, ja r = 1, tiek ģenerēta tikai kodola jauda.
Jaudas attiecības r shematiskā diagramma starp Gausa staru kūli un gredzenveida staru
a) metināšanas ierīce; b) metinājuma profila dziļums un platums; c) shematiska diagramma parauga un armatūras iestatījumu parādīšanai
MC tests: tikai Gausa staru kūļa gadījumā metināšanas šuve sākotnēji ir seklā vadīšanas režīmā (ID 1 un 2), un pēc tam pāriet uz daļēji caurejošu caurumu režīmu (ID 3-5), parādoties acīmredzamām plaisām. Kad gredzena jauda palielinājās no 0 līdz 1000 W, ID 7 nebija acīmredzamu plaisu un dzelzs bagātināšanas dziļums bija salīdzinoši neliels. Kad gredzena jauda palielinās līdz 2000 un 2500 W (ID 9 un 10), bagātīgās dzelzs zonas dziļums palielinās. Pārmērīga plaisāšana pie 2500 w gredzena jaudas (ID 10).
MR tests: ja serdes jauda ir no 500 līdz 1000 W (ID 11 un 12), metinājuma šuve ir vadīšanas režīmā; Salīdzinot ID 12 un ID 7, lai gan kopējā jauda (6000 w) ir vienāda, ID 7 ievieš bloķēšanas caurumu režīmu. Tas ir saistīts ar ievērojamu jaudas blīvuma samazināšanos pie ID 12 dominējošās cilpas raksturlieluma dēļ (r = 0,2). Kad kopējā jauda sasniedz 7500 W (ID 15), var sasniegt pilnu iespiešanās režīmu, un, salīdzinot ar ID 7 izmantotajiem 6000 W, pilnas iespiešanās režīma jauda ir ievērojami palielināta.
IC tests: vadītais režīms (ID 16 un 17) tika sasniegts ar 1500 w kodola jaudu un 3000 w un 3500 w gredzena jaudu. Ja serdeņa jauda ir 3000 w un gredzena jauda ir no 1500 w līdz 2500 w (ID 19-20), piesātinātā dzelzs un bagātīgā alumīnija saskarnē parādās acīmredzamas plaisas, veidojot lokālu, iekļūstošu mazu caurumu rakstu. Kad zvana jauda ir 3000 un 3500 w (ID 21 un 22), sasniedziet pilnu iespiešanās atslēgas cauruma režīmu.
Katras metināšanas identifikācijas reprezentatīvi šķērsgriezuma attēli optiskā mikroskopā
4. attēls. a) saistība starp galīgo stiepes izturību (UTS) un jaudas attiecību metināšanas testos; b) visu metināšanas testu kopējā jauda
5. attēls. (a) Saikne starp malu attiecību un UTS; b) saistība starp paplašinājumu un iespiešanās dziļumu un UTS; c) jaudas blīvums visiem metināšanas testiem
6. attēls. (ac) Vickers mikrocietības ievilkuma kontūras karte; df) atbilstošie SEM-EDS ķīmiskie spektri reprezentatīvai vadīšanas režīma metināšanai; g) tērauda un alumīnija saskarnes shematiska diagramma; h) Fe2Al5 un kopējais IMC biezums vadošā režīma metinātās šuves
7. attēls. (ac) Vickers mikrocietības ievilkuma kontūras karte; (df) Atbilstošs SEM-EDS ķīmiskais spektrs reprezentatīvai lokālai iespiešanās perforācijas režīma metināšanai
8. attēls. (ac) Vickers mikrocietības ievilkuma kontūras karte; (df) Atbilstošs SEM-EDS ķīmiskais spektrs reprezentatīvai pilnas iespiešanās perforācijas režīma metināšanai
9. attēls. EBSD diagramma parāda graudu izmēru ar dzelzi bagātajā reģionā (augšējā plāksne) pilnas iespiešanās perforācijas režīma testā un kvantitatīvi nosaka graudu izmēra sadalījumu
10. attēls. SEM-EDS spektri saskarnei starp bagātu dzelzi un bagātu alumīniju
Šajā pētījumā tika pētīta ARM lāzera ietekme uz IMC veidošanos, mikrostruktūru un mehāniskajām īpašībām IF tērauda-1050 alumīnija sakausējuma atšķirīgos klēpja metinātajos savienojumos. Pētījumā tika ņemti vērā trīs metināšanas režīmi (vadīšanas režīms, lokālās iespiešanās režīms un pilnas iespiešanās režīms) un trīs atlasītās lāzera staru formas (Gausa staru kūlis, gredzenveida stars un Gausa gredzenveida stars). Pētījuma rezultāti liecina, ka Gausa sijas un gredzenveida staru kūļa atbilstošas jaudas attiecības izvēle ir galvenais parametrs iekšējā modālā oglekļa veidošanās un mikrostruktūras kontrolei, tādējādi maksimāli palielinot metinājuma mehāniskās īpašības. Vadīšanas režīmā apļveida stars ar jaudas attiecību 0,2 nodrošina vislabāko metināšanas stiprību (71% savienojuma efektivitāte). Perforācijas režīmā Gausa stars rada lielāku metināšanas dziļumu un lielāku malu attiecību, bet metināšanas intensitāte ir ievērojami samazināta. Gredzenveida sija ar jaudas attiecību 0,5 būtiski ietekmē tērauda sānu graudu izsmalcinātību metinājuma šuvē. Tas ir saistīts ar gredzenveida sijas zemāko maksimālo temperatūru, kas nodrošina ātrāku dzesēšanas ātrumu, un Al izšķīdušās vielas migrācijas augšanas ierobežošanas efektu uz metinājuma šuves augšējo daļu uz graudu struktūru. Pastāv spēcīga korelācija starp Vickers mikrocietību un Thermo Calc fāzes tilpuma procentuālo prognozi. Jo lielāks ir Fe4Al13 tilpuma procents, jo augstāka ir mikrocietība.
Izlikšanas laiks: 2024. gada 25. janvāris
