Savienojot tēraudu ar alumīniju, reakcija starp Fe un Al atomiem savienojuma procesā veido trauslus starpmetāliskus savienojumus (IMC). Šo IMC klātbūtne ierobežo savienojuma mehānisko izturību, tāpēc ir nepieciešams kontrolēt šo savienojumu daudzumu. IMC veidošanās iemesls ir Fe slikta šķīdība Al. Ja tas pārsniedz noteiktu daudzumu, tas var ietekmēt metinājuma mehāniskās īpašības. IMC piemīt unikālas īpašības, piemēram, cietība, ierobežota plastiskums un izturība, kā arī morfoloģiskas iezīmes. Pētījumi ir atklājuši, ka, salīdzinot ar citiem IMC, Fe2Al5 IMC slānis tiek plaši uzskatīts par vistrauslāko (11,8± 1,8 GPa) IMC fāzē, un tas ir arī galvenais mehānisko īpašību samazināšanās iemesls metināšanas atteices dēļ. Šajā rakstā tiek pētīts IF tērauda un 1050 alumīnija attālinātās lāzermetināšanas process, izmantojot regulējamu gredzena režīma lāzeru, un padziļināti tiek pētīta lāzera stara formas ietekme uz starpmetālisku 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.
Šajā rakstā ir aprakstīta regulējama gredzena režīma lāzera ietekme uz starpmetālisku savienojumu veidošanos un mehāniskajām īpašībām IF tērauda un 1050 alumīnija attālinātas lāzermetināšanas laikā. Pētījuma rezultāti liecina, ka vadīšanas režīmā serdeņa/gredzena jaudas attiecība 0,2 nodrošina lielāku metināšanas saskarnes savienojuma virsmas laukumu, ko atspoguļo maksimālā bīdes izturība 97,6 N/mm2 (savienojuma efektivitāte 71%). Turklāt, salīdzinot ar Gausa stariem, kuru jaudas attiecība ir lielāka par 1, tas ievērojami samazina Fe2Al5 starpmetāliskā savienojuma (IMC) biezumu par 62% un kopējo IMC biezumu par 40%. Perforācijas režīmā tika novērotas plaisas un zemāka bīdes izturība salīdzinājumā ar vadīšanas režīmu. Jāatzīmē, ka metinājuma šuvē tika novērota ievērojama graudu smalkināšanās, kad serdeņa/gredzena jaudas attiecība bija 0,5.
Ja r=0, tiek ģenerēta tikai cilpas jauda, savukārt, ja r=1, tiek ģenerēta tikai pamata jauda.
Gausa sijas un gredzenveida sijas jaudas attiecības r shematiska diagramma
(a) Metināšanas ierīce; (b) Metinājuma profila dziļums un platums; (c) Parauga un stiprinājuma iestatījumu attēlošanas shematiska diagramma
MC tests: Tikai Gausa sijas gadījumā metinājuma šuve sākotnēji atrodas seklā vadītspējas režīmā (ID 1 un 2) un pēc tam pāriet daļēji caururbjošā slūžu režīmā (ID 3–5), parādoties acīmredzamām plaisām. Kad gredzena jauda palielinājās no 0 līdz 1000 W, ID 7 nebija acīmredzamu plaisu, un dzelzs bagātinājuma dziļums bija relatīvi mazs. Kad gredzena jauda palielinājās līdz 2000 un 2500 W (ID 9 un 10), bagātīgās dzelzs zonas dziļums palielinājās. Pārmērīga plaisāšana pie 2500 W gredzena jaudas (ID 10).
MR tests: Kad serdes jauda ir no 500 līdz 1000 W (ID 11 un 12), metinājuma šuve atrodas vadītspējas režīmā; Salīdzinot ID 12 un ID 7, lai gan kopējā jauda (6000 W) ir vienāda, ID 7 īsteno bloķēšanas cauruma 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 pilnīgas iespiešanās režīmu, un, salīdzinot ar ID 7 izmantotajiem 6000 W, pilnīgas iespiešanās režīma jauda ir ievērojami palielināta.
IC tests: vadītspējas režīms (ID 16 un 17) tika sasniegts pie 1500 W serdes jaudas un 3000 W un 3500 W gredzena jaudas. Kad serdes jauda ir 3000 W un gredzena jauda ir no 1500 W līdz 2500 W (ID 19–20), starp bagātīgo dzelzi un bagātīgo alumīniju parādās acīmredzamas plaisas, veidojot lokālu caururbjošu mazu caurumu rakstu. Kad gredzena jauda ir 3000 un 3500 W (ID 21 un 22), tiek sasniegts pilnīgas caururbšanās atslēgas cauruma režīms.
Katras metināšanas identifikācijas reprezentatīvi šķērsgriezuma attēli optiskajā mikroskopā
4. attēls. (a) Metināšanas testu maksimālās stiepes izturības (UTS) un jaudas attiecības attiecība; (b) Visu metināšanas testu kopējā jauda
5. attēls. (a) Sānu attiecības un metināšanas jaudas (UTS) saistība; (b) Pagarinājuma, iespiešanās dziļuma un UTS saistība; (c) Visu metināšanas testu jaudas blīvums
6. attēls. (ac) Vikersa mikrocietības iespiešanās kontūru karte; (df) Atbilstošie SEM-EDS ķīmiskie spektri reprezentatīvai vadītspējas režīma metināšanai; (g) Tērauda un alumīnija saskarnes shematiska diagramma; (h) Vadītspējas režīma metinājumu Fe2Al5 un kopējais IMC biezums
7. attēls. (ac) Vikersa mikrocietības iespiešanās kontūru karte; (df) Atbilstošais SEM-EDS ķīmiskais spektrs reprezentatīvai lokālai iespiešanās perforācijas režīma metināšanai.
8. attēls. (ac) Vikersa mikrocietības iespiešanās kontūru karte; (df) Atbilstošais SEM-EDS ķīmiskais spektrs reprezentatīvai pilnas iespiešanās perforācijas režīma metināšanai.
9. attēls. EBSD diagramma parāda dzelzs bagātā apgabala (augšējās plāksnes) graudu izmēru pilnas iespiešanās perforācijas režīma testā un kvantificē graudu izmēru sadalījumu.
10. attēls. Bagātīgā dzelzs un bagātā alumīnija saskarnes SEM-EDS spektri
Šajā pētījumā tika pētīta ARM lāzera ietekme uz IMC veidošanos, mikrostruktūru un mehāniskajām īpašībām IF tērauda-1050 alumīnija sakausējuma atšķirīgos pārlaiduma metinātos savienojumos. Pētījumā tika apsvērti trīs metināšanas režīmi (vadīšanas režīms, lokālās iespiešanās režīms un pilnīgas iespiešanās režīms) un trīs izvēlētas lāzera stara formas (Gausa stars, gredzenveida stars un Gausa gredzenveida stars). Pētījuma rezultāti liecina, ka atbilstošas Gausa stara un gredzenveida stara jaudas attiecības izvēle ir galvenais parametrs iekšējās modālās 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 augstāku malu attiecību, bet metināšanas intensitāte ir ievērojami samazināta. Gredzenveida staram ar jaudas attiecību 0,5 ir būtiska ietekme uz tērauda sānu graudu smalkumu metinājuma šuvē. Tas ir saistīts ar gredzenveida sijas zemāko maksimālo temperatūru, kas noved pie ātrāka dzesēšanas ātruma, un Al šķīdinātāja migrācijas uz metinājuma šuves augšējo daļu augšanas ierobežojošo ietekmi uz graudu struktūru. Pastāv spēcīga korelācija starp Vikera mikrocietību un Thermo Calc prognozi par fāzes tilpuma procentuālo daudzumu. Jo lielāks ir Fe4Al13 tilpuma procents, jo augstāka ir mikrocietība.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 25. janvāris
