Kun terästä yhdistetään alumiiniin, Fe- ja Al-atomien välinen reaktio muodostaa liitosprosessin aikana hauraita metallien välisiä yhdisteitä (IMC).Näiden IMC:iden läsnäolo rajoittaa liitoksen mekaanista lujuutta, joten näiden yhdisteiden määrää on valvottava.Syy IMC:iden muodostumiseen on se, että Fe:n liukoisuus Al:iin on huono.Jos se ylittää tietyn määrän, se voi vaikuttaa hitsin mekaanisiin ominaisuuksiin.IMC:illä on ainutlaatuisia ominaisuuksia, kuten kovuus, rajoitettu sitkeys ja sitkeys sekä morfologiset ominaisuudet.Tutkimukset ovat osoittaneet, että muihin IMC-kerroksiin verrattuna Fe2Al5 IMC-kerrosta pidetään yleisesti hauraimpana (11,8± 1,8 GPa) IMC-vaihe, ja se on myös tärkein syy mekaanisten ominaisuuksien heikkenemiseen hitsausvirheen vuoksi.Tässä artikkelissa tutkitaan IF-teräksen ja 1050-alumiinin laserhitsausprosessia säädettävällä rengasmuotoisella laserilla ja tutkitaan perusteellisesti lasersäteen muodon vaikutusta metallien välisten yhdisteiden muodostumiseen ja mekaanisiin ominaisuuksiin.Säätämällä ytimen/renkaan tehosuhdetta havaittiin, että johtavuustilassa ytimen/renkaan tehosuhteella 0,2 voidaan saavuttaa parempi hitsausrajapinnan sidospinta-ala ja vähentää merkittävästi Fe2Al5 IMC:n paksuutta, mikä parantaa liitoksen leikkauslujuutta. .
Tässä artikkelissa esitellään säädettävän rengasmuotoisen laserin vaikutus metallien välisten yhdisteiden muodostumiseen ja mekaanisiin ominaisuuksiin IF-teräksen ja 1050-alumiinin laserhitsauksen aikana.Tutkimustulokset osoittavat, että johtumistilassa sydän/rengas tehosuhde 0,2 tarjoaa suuremman hitsausrajapinnan pinta-alan, mikä heijastuu maksimileikkauslujuuden ollessa 97,6 N/mm2 (liitoksen tehokkuus 71 %).Lisäksi verrattuna Gaussin palkkiin, joiden tehosuhde on suurempi kuin 1, tämä vähentää merkittävästi metallien välisen Fe2Al5-yhdisteen (IMC) paksuutta 62 % ja IMC:n kokonaispaksuutta 40 %.Rei'itysmoodissa havaittiin halkeamia ja pienempi leikkauslujuus verrattuna johtumistilaan.On syytä huomata, että merkittävää rakeisuutta havaittiin hitsaussaumassa, kun ydin/rengas tehosuhde oli 0,5.
Kun r = 0, vain silmukkateho tuotetaan, kun taas kun r = 1, vain ydinteho.
Kaaviokaavio Gaussin säteen ja rengassäteen välisestä tehosuhteesta r
a) hitsauslaite;(b) hitsausprofiilin syvyys ja leveys;(c) Kaaviokaavio näyte- ja kiinnitysasetusten näyttämisestä
MC-testi: Vain Gauss-palkin tapauksessa hitsisauma on aluksi matalassa johtumistilassa (ID 1 ja 2) ja siirtyy sitten osittain tunkeutuvaan lukitusreikätilaan (ID 3-5), jossa näkyy ilmeisiä halkeamia.Kun rengasteho nousi 0:sta 1000 W:iin, ID 7:ssä ei ollut ilmeisiä halkeamia ja raudan rikastussyvyys oli suhteellisen pieni.Kun rengasteho kasvaa arvoon 2000 ja 2500 W (ID 9 ja 10), runsaan raudan vyöhykkeen syvyys kasvaa.Liiallista halkeilua 2500 watin rengasteholla (ID 10).
MR-testi: Kun sydämen teho on välillä 500 - 1000 W (ID 11 ja 12), hitsisauma on johtavuustilassa;Verrattaessa ID 12 ja ID 7, vaikka kokonaisteho (6000w) on sama, ID 7 toteuttaa lukitusreikätilan.Tämä johtuu tehotiheyden merkittävästä laskusta ID 12:ssa vallitsevan silmukan ominaisuuden vuoksi (r=0,2).Kun kokonaisteho saavuttaa 7500 W (ID 15), voidaan saavuttaa täysi penetraatiotila, ja verrattuna ID 7:ssä käytettyyn 6000 W:iin täyden tunkeutumistilan teho kasvaa merkittävästi.
IC-testi: Conducted mode (ID 16 ja 17) saavutettiin 1500w ydinteholla ja 3000w ja 3500w rengasteholla.Kun ydinteho on 3 000 wattia ja rengasteho 1 500 watin ja 2 500 watin välillä (ID 19-20), rikkaan raudan ja rikkaan alumiinin rajapinnalle ilmestyy ilmeisiä halkeamia, jotka muodostavat paikallisen tunkeutuvan pienen reikäkuvion.Kun renkaan teho on 3000 ja 3500w (ID 21 ja 22), saavuta täysi läpitunkeuma avaimenreikätila.
Edustava poikkileikkauskuva kustakin hitsaustunnisteesta optisella mikroskoopilla
Kuva 4. (a) Murtovetolujuuden (UTS) ja tehosuhteen välinen suhde hitsaustesteissä;(b) Kaikkien hitsaustestien kokonaisteho
Kuva 5. (a) Kuvasuhteen ja UTS:n välinen suhde;(b) laajennuksen ja tunkeutumissyvyyden sekä UTS:n välinen suhde;(c) Tehon tiheys kaikissa hitsaustesteissä
Kuva 6. (ac) Vickersin mikrokovuuden sisennyksen ääriviivakartta;(df) Vastaavat SEM-EDS-kemialliset spektrit edustavaa johtumismuotohitsausta varten;(g) Teräksen ja alumiinin välisen rajapinnan kaavio;(h) Fe2Al5 ja johtavien hitsien IMC-kokonaispaksuus
Kuva 7. (ac) Vickersin mikrokovuuden sisennyksen ääriviivakartta;(df) Vastaava SEM-EDS-kemiallinen spektri edustavaa paikallista läpäisyrei'itysmoodihitsausta varten
Kuva 8. (ac) Vickersin mikrokovuuden sisennyksen ääriviivakartta;(df) Vastaava SEM-EDS-kemiallinen spektri edustavaa täydellistä läpäisyrei'itysmoodihitsausta varten
Kuva 9. EBSD-käyrä näyttää raekoon runsaasti rautaa sisältävällä alueella (ylälevy) täyden läpäisyrei'itysmoodin testissä ja kvantifioi raekokojakauman
Kuva 10. SEM-EDS-spektrit rikkaan raudan ja rikkaan alumiinin välisestä rajapinnasta
Tässä tutkimuksessa tutkittiin ARM-laserin vaikutuksia IMC:n muodostumiseen, mikrorakenteeseen ja mekaanisiin ominaisuuksiin IF-teräs-1050-alumiiniseoksessa erilaisissa lamellihitsausliitoksissa.Tutkimuksessa tarkasteltiin kolmea hitsausmuotoa (johtamistila, paikallinen tunkeumatila ja täysi tunkeumatila) ja kolmea valittua lasersäteen muotoa (Gaussin säde, rengassäde ja Gaussin rengassäde).Tutkimustulokset osoittavat, että oikean Gauss-palkin ja rengaspalkin tehosuhteen valinta on keskeinen parametri sisäisen modaalihiilen muodostumisen ja mikrorakenteen hallinnassa, mikä maksimoi hitsin mekaaniset ominaisuudet.Johtotilassa pyöreä palkki, jonka tehosuhde on 0,2, tarjoaa parhaan hitsauslujuuden (71 % liitoksen hyötysuhde).Rei'itystilassa Gauss-säde tuottaa suuremman hitsaussyvyyden ja suuremman kuvasuhteen, mutta hitsauksen intensiteetti pienenee merkittävästi.Rengasmaisella palkilla, jonka tehosuhde on 0,5, on merkittävä vaikutus teräksen sivurakeiden jalostukseen hitsaussaumassa.Tämä johtuu rengasmaisen palkin alhaisemmasta huippulämpötilasta, joka johtaa nopeampaan jäähtymisnopeuteen, ja Al-liukenevan aineen kulkeutumisen kasvua rajoittavasta vaikutuksesta hitsisauman yläosaa kohti raerakenteessa.Vickersin mikrokovuuden ja Thermo Calcin ennusteen faasitilavuusprosentin välillä on vahva korrelaatio.Mitä suurempi Fe4Al13:n tilavuusprosentti on, sitä korkeampi on mikrokovuus.
Postitusaika: 25.1.2024
