Ao conectar aceiro a 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 baixa. 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 IMC de Fe2Al5 considérase amplamente a máis fráxil (11,8± Fase IMC de 1,8 GPa), e tamén é a principal razón da diminución das propiedades mecánicas debido a fallos na soldadura. Este artigo investiga o proceso de soldadura láser remota de aceiro IF e aluminio 1050 usando un láser en modo de anel axustable e investiga en profundidade a influencia da forma do feixe láser na formación de compostos intermetálicos e as propiedades mecánicas. Ao axustar a relación de potencia núcleo/anelar, descubriuse que en modo de condución, unha relación de potencia núcleo/anelar de 0,2 pode conseguir unha mellor área superficial de unión da interface de soldadura e reducir significativamente o grosor do IMC de Fe2Al5, mellorando así a resistencia ao corte da unión.
Este artigo presenta a influencia do láser en modo de anel axustable na formación de compostos intermetálicos e nas propiedades mecánicas durante a soldadura láser remota de aceiro IF e aluminio 1050. Os resultados da investigación indican que, en modo de condución, unha relación de potencia núcleo/anel de 0,2 proporciona unha maior área de superficie de unión da interface de soldadura, o que se reflicte nunha resistencia máxima ao corte de 97,6 N/mm2 (eficiencia da unión do 71%). Ademais, en comparación coas vigas gaussianas cunha relación de potencia superior a 1, isto reduce significativamente o grosor do composto intermetálico (IMC) de Fe2Al5 nun 62% e o grosor total do IMC nun 40%. No modo de perforación, observáronse gretas e unha menor resistencia ao corte en comparación co modo de condución. Cómpre 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 enerxía do bucle, mentres que cando r=1, só se xera enerxía do núcleo.
Diagrama esquemático da relación de potencia r entre unha viga gaussiana e unha viga anular
(a) Dispositivo de soldadura; (b) A profundidade e a anchura do perfil de soldadura; (c) Diagrama esquemático da visualización da mostra e dos axustes do dispositivo de fixación
Proba MC: Só no caso dunha viga gaussiana, a costura de soldadura está inicialmente en modo de condución superficial (ID 1 e 2) e despois pasa ao modo de burato de peche parcialmente penetrante (ID 3-5), aparecendo gretas evidentes. Cando a potencia do anel aumentou de 0 a 1000 W, non houbo gretas evidentes no ID 7 e a profundidade do enriquecemento de ferro foi relativamente pequena. Cando a potencia do anel aumenta a 2000 e 2500 W (ID 9 e 10), a profundidade da zona rica en ferro aumenta. Gretas excesivas a unha potencia do anel de 2500 W (ID 10).
Proba de RM: Cando a potencia do núcleo está entre 500 e 1000 W (ID 11 e 12), a costura de soldadura está en modo de condución; Comparando o ID 12 e o ID 7, aínda que a potencia total (6000 W) é a mesma, o ID 7 implementa un modo de burato de bloqueo. Isto débese á diminución significativa da densidade de potencia no ID 12 debido á característica de bucle dominante (r = 0,2). Cando a potencia total alcanza os 7500 W (ID 15), pódese conseguir o modo de penetración completa e, en comparación cos 6000 W utilizados no ID 7, a potencia do modo de penetración completa aumenta significativamente.
Proba de CI: O modo conducido (ID 16 e 17) conseguiuse a unha potencia do núcleo de 1500 W e a unha potencia do 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 gretas evidentes na interface entre o ferro rico e o aluminio rico, formando un patrón de pequenos buratos penetrantes locais. Cando a potencia do anel é de 3000 e 3500 W (ID 21 e 22), conséguese o modo de burato de pechadura de penetración completa.
Imaxes transversais representativas de cada identificación de soldadura baixo un microscopio óptico
Figura 4. (a) A relación entre a resistencia á tracción máxima e a relación de potencia nas probas de soldadura; (b) A potencia total de todas as probas de soldadura.
Figura 5. (a) Relación entre a relación de aspecto e a UTS; (b) A relación entre a extensión e a profundidade de penetración e a UTS; (c) Densidade de potencia para todas as probas de soldadura
Figura 6. (ac) Mapa de contornos de indentación de microdureza Vickers; (df) Espectros químicos SEM-EDS correspondentes para a soldadura en modo de condución representativa; (g) Diagrama esquemático da interface entre o aceiro e o aluminio; (h) Fe2Al5 e espesor total de IMC das soldaduras en modo condutivo
Figura 7. (ac) Mapa de contornos de indentación de microdureza Vickers; (df) Espectro químico SEM-EDS correspondente para a soldadura en modo de perforación de penetración local representativa
Figura 8. (ac) Mapa de contornos de indentación de microdureza Vickers; (df) Espectro químico SEM-EDS correspondente para a soldadura representativa en modo de perforación de penetración completa
Figura 9. O gráfico EBSD mostra o tamaño de gran da rexión rica en ferro (placa superior) na proba de modo de perforación de penetración completa e cuantifica a distribución do tamaño de gran.
Figura 10. Espectros SEM-EDS da interface entre o ferro rico e o aluminio rico
Este estudo investigou os efectos do láser ARM na formación, microestrutura e propiedades mecánicas do IMC en unións soldadas por solape disímiles de aceiro IF-aliaxe de aluminio 1050. O estudo considerou tres modos de soldadura (modo de condución, modo de penetración local e modo de penetración completa) e tres formas de feixe láser seleccionadas (feixe gaussiano, feixe anular e feixe anular gaussiano). Os resultados da investigación indican que a selección da relación de potencia axeitada entre o feixe gaussiano e o 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 maior relación de aspecto, pero a intensidade da soldadura redúcese significativamente. O feixe anular cunha relación de potencia de 0,5 ten un impacto significativo no refinamento dos grans laterais do aceiro na costura de soldadura. Isto débese á menor temperatura máxima da viga anular, o 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. Existe unha forte correlación entre a microdureza Vickers e a predición de Thermo Calc da porcentaxe en volume de fase. Canto maior sexa a porcentaxe en volume de Fe4Al13, maior será a microdureza.
Data de publicación: 25 de xaneiro de 2024
