Ao conectar o aceiro ao aluminio, a reacción entre os átomos de Fe e Al durante o proceso de conexión forma compostos intermetálicos fráxiles (IMC). A presenza destes IMC limita a resistencia mecánica da conexión, polo que é necesario controlar a cantidade destes compostos. A razón para a formación de IMC é que a solubilidade do Fe en Al é pobre. Se supera unha certa cantidade, pode afectar as propiedades mecánicas da soldadura. Os IMC teñen propiedades únicas como dureza, ductilidade e tenacidade limitadas e características morfolóxicas. A investigación descubriu que, en comparación con outros IMC, a capa de Fe2Al5 IMC é amplamente considerada a máis fráxil (11,8± 1,8 GPa) fase IMC, e tamén é a principal razón da diminución das propiedades mecánicas debido ao fallo da soldadura. Este traballo investiga o proceso remoto de soldadura con láser de aceiro IF e aluminio 1050 mediante un láser de modo anel axustable e investiga en profundidade a influencia da forma do feixe láser na formación de compostos intermetálicos e propiedades mecánicas. Ao axustar a relación de potencia núcleo/anel, descubriuse que no modo de condución, unha relación de potencia núcleo/anel de 0,2 pode acadar unha mellor superficie de unión da interface de soldadura e reducir significativamente o espesor de Fe2Al5 IMC, mellorando así a resistencia ao corte da unión. .
Este artigo presenta a influencia do láser de modo anel axustable na formación de compostos intermetálicos e propiedades mecánicas durante a soldadura láser remota de aceiro IF e aluminio 1050. Os resultados da investigación indican que no modo de condución, unha relación de potencia núcleo/anel de 0,2 proporciona unha maior superficie de unión da interface de soldadura, que se reflicte cunha resistencia máxima ao corte de 97,6 N/mm2 (eficiencia da unión do 71%). Ademais, en comparación cos feixes gaussianos cunha relación de potencia superior a 1, isto reduce significativamente o espesor do composto intermetálico Fe2Al5 (IMC) nun 62% e o espesor total IMC nun 40%. No modo de perforación, observáronse fendas e menor resistencia ao cizallamento en comparación co modo de condución. Cabe sinalar que se observou un refinamento significativo do gran na costura de soldadura cando a relación de potencia núcleo/anel era de 0,5.
Cando r=0, só se xera potencia de bucle, mentres que cando r=1, só se xera potencia do núcleo.
Diagrama esquemático da relación de potencia r entre feixe gaussiano e feixe anular
(a) Dispositivo de soldadura; (b) A profundidade e o ancho do perfil de soldadura; (c) Diagrama esquemático de visualización de mostras e configuracións de aparellos
Proba MC: só no caso da viga gaussiana, a soldadura está inicialmente en modo de condución pouco profunda (ID 1 e 2), e despois pasa a modo de bloqueo de penetración parcial (ID 3-5), aparecendo fendas evidentes. Cando a potencia do anel aumentou de 0 a 1000 W, non había fendas evidentes no ID 7 e a profundidade de enriquecemento de ferro era relativamente pequena. Cando a potencia do anel aumenta a 2000 e 2500 W (IDs 9 e 10), a profundidade da zona rica de ferro aumenta. Rachadura excesiva a 2500 W de potencia de anel (ID 10).
Proba MR: cando a potencia do núcleo está entre 500 e 1000 W (ID 11 e 12), a soldadura está en modo de condución; Comparando ID 12 e ID 7, aínda que a potencia total (6000w) é a mesma, ID 7 implementa un modo de buraco de bloqueo. Isto débese á diminución significativa da densidade de potencia no ID 12 debido á característica do bucle dominante (r=0,2). Cando a potencia total alcanza os 7500 W (ID 15), pódese conseguir o modo de penetración total e, en comparación cos 6000 W usados no ID 7, a potencia do modo de penetración total aumenta significativamente.
Proba de IC: o modo conducido (ID 16 e 17) logrouse cunha potencia de núcleo de 1500 w e unha potencia de anel de 3000 w e 3500 w. Cando a potencia do núcleo é de 3000 W e a potencia do anel está entre 1500 W e 2500 W (ID 19-20), aparecen fendas obvias na interface entre o ferro rico e o aluminio rico, formando un patrón de pequenos buratos penetrante local. Cando a potencia do anel é de 3000 e 3500 w (ID 21 e 22), consiga o modo de penetración completa.
Imaxes representativas de corte transversal de cada identificación de soldadura baixo un microscopio óptico
Figura 4. (a) A relación entre a resistencia última á tracción (UTS) e a relación de potencia nos ensaios de soldadura; (b) A potencia total de todas as probas de soldadura
Figura 5. (a) Relación entre relación de aspecto e UTS; (b) A relación entre extensión e profundidade de penetración e UTS; (c) Densidade de potencia para todas as probas de soldadura
Figura 6. (ac) Mapa de contorno de sangría de microdureza de Vickers; (df) Espectros químicos SEM-EDS correspondentes para a soldadura en modo de condución representativo; (g) Diagrama esquemático da interface entre o aceiro e o aluminio; (h) Fe2Al5 e espesor total IMC das soldaduras en modo condutor
Figura 7. (ac) Mapa de contorno de sangría de microdureza de Vickers; (df) Espectro químico SEM-EDS correspondente para soldadura en modo de perforación de penetración local representativa
Figura 8. (ac) Mapa de contorno de sangría de microdureza de Vickers; (df) Espectro químico SEM-EDS correspondente para soldadura representativa en modo de perforación de penetración total
Figura 9. O gráfico EBSD mostra o tamaño do gran da rexión rica en ferro (placa superior) na proba do modo de perforación de penetración completa e cuantifica a distribución do tamaño do gran
Figura 10. Espectros SEM-EDS da interface entre ferro rico e aluminio rico
Este estudo investigou os efectos do láser ARM na formación, a microestrutura e as propiedades mecánicas do IMC en xuntas soldadas por solapa de aliaxe de aluminio IF aceiro-1050. O estudo considerou tres modos de soldadura (modo de condución, modo de penetración local e modo de penetración total) e tres formas seleccionadas de feixe láser (feixe gaussiano, feixe anular e feixe anular gaussiano). Os resultados da investigación indican que a selección da relación de potencia adecuada do feixe gaussiano e do feixe anular é un parámetro clave para controlar a formación e a microestrutura do carbono modal interno, maximizando así as propiedades mecánicas da soldadura. No modo de condución, un feixe circular cunha relación de potencia de 0,2 proporciona a mellor resistencia de soldadura (71% de eficiencia da unión). No modo de perforación, o feixe gaussiano produce unha maior profundidade de soldadura e unha relación de aspecto máis alta, pero a intensidade de soldadura redúcese significativamente. O feixe anular cunha relación de potencia de 0,5 ten un impacto significativo no refinamento dos grans laterais de aceiro na costura de soldadura. Isto débese á baixa temperatura máxima do feixe anular que leva a unha velocidade de arrefriamento máis rápida e ao efecto de restrición do crecemento da migración do soluto de Al cara á parte superior da costura de soldadura na estrutura do gran. Hai unha forte correlación entre a microdureza de Vickers e a predición de Thermo Calc da porcentaxe de volume de fase. Canto maior sexa a porcentaxe de volume de Fe4Al13, maior será a microdureza.
Hora de publicación: 25-xan-2024
