Wanneer staal aan aluminium verbind word, vorm die reaksie tussen Fe- en Al-atome tydens die verbindingsproses bros intermetalliese verbindings (IMC's). Die teenwoordigheid van hierdie IMC's beperk die meganiese sterkte van die verbinding, daarom is dit nodig om die hoeveelheid van hierdie verbindings te beheer. Die rede vir die vorming van IMC's is dat die oplosbaarheid van Fe in Al swak is. As dit 'n sekere hoeveelheid oorskry, kan dit die meganiese eienskappe van die sweislas beïnvloed. IMC's het unieke eienskappe soos hardheid, beperkte rekbaarheid en taaiheid, en morfologiese kenmerke. Navorsing het bevind dat die Fe2Al5 IMC-laag, in vergelyking met ander IMC's, wyd beskou word as die brosste (11.8± 1.8 GPa) IMC-fase, en is ook die hoofrede vir die afname in meganiese eienskappe as gevolg van sweisversaking. Hierdie artikel ondersoek die afstandlasersweisproses van IF-staal en 1050-aluminium met behulp van 'n verstelbare ringmoduslaser, en ondersoek in diepte die invloed van die laserstraalvorm op die vorming van intermetalliese verbindings en meganiese eienskappe. Deur die kern/ring-kragverhouding aan te pas, is gevind dat 'n kern/ring-kragverhouding van 0.2 onder geleidingsmodus 'n beter laskoppelvlakbindingsoppervlakarea kan bereik en die dikte van Fe2Al5 IMC aansienlik kan verminder, waardeur die skuifsterkte van die verbinding verbeter word.
Hierdie artikel stel die invloed van verstelbare ringmoduslasers op die vorming van intermetalliese verbindings en meganiese eienskappe bekend tydens afstandlasersweising van IF-staal en 1050-aluminium. Die navorsingsresultate dui daarop dat 'n kern/ring-kragverhouding van 0.2 onder geleidingsmodus 'n groter lasvlakbindingsoppervlakarea bied, wat weerspieël word deur 'n maksimum skuifsterkte van 97.6 N/mm2 (voegdoeltreffendheid van 71%). Boonop verminder dit, in vergelyking met Gaussiese balke met 'n kragverhouding groter as 1, die dikte van die Fe2Al5 intermetalliese verbinding (IMC) aansienlik met 62% en die totale IMC-dikte met 40%. In die perforasiemodus is krake en laer skuifsterkte waargeneem in vergelyking met die geleidingsmodus. Dit is opmerklik dat beduidende korrelverfyning in die lasnaad waargeneem is toe die kern/ring-kragverhouding 0.5 was.
Wanneer r=0, word slegs luskrag opgewek, terwyl wanneer r=1, slegs kernkrag opgewek word.
Skematiese diagram van die kragverhouding r tussen Gaussiese balk en ringvormige balk
(a) Sweisapparaat; (b) Die diepte en breedte van die sweisprofiel; (c) Skematiese diagram van die vertoon van monster- en toebehore-instellings
MC-toets: Slegs in die geval van Gaussiese balk, is die lasnaad aanvanklik in vlak geleidingsmodus (ID 1 en 2), en gaan dan oor na gedeeltelik penetrerende sluitgatmodus (ID 3-5), met duidelike krake wat verskyn. Toe die ringkrag van 0 tot 1000 W toegeneem het, was daar geen duidelike krake by ID 7 nie en die diepte van ysterverryking was relatief klein. Wanneer die ringkrag toeneem tot 2000 en 2500 W (ID's 9 en 10), neem die diepte van die ryk ystersone toe. Oormatige krake by 2500w ringkrag (ID 10).
MR-toets: Wanneer die kernkrag tussen 500 en 1000 W (ID 11 en 12) is, is die lasnaad in geleidingsmodus; In vergelyking met ID 12 en ID 7, alhoewel die totale krag (6000 W) dieselfde is, implementeer ID 7 'n sluitgatmodus. Dit is as gevolg van die beduidende afname in kragdigtheid by ID 12 as gevolg van die dominante luskeienskap (r=0.2). Wanneer die totale krag 7500 W (ID 15) bereik, kan volle penetrasiemodus bereik word, en in vergelyking met die 6000 W wat in ID 7 gebruik word, word die krag van volle penetrasiemodus aansienlik verhoog.
IC-toets: Geleide modus (ID 16 en 17) is bereik teen 1500w kernkrag en 3000w en 3500w ringkrag. Wanneer die kernkrag 3000w is en die ringkrag tussen 1500w en 2500w (ID 19-20), verskyn duidelike krake by die koppelvlak tussen ryk yster en ryk aluminium, wat 'n plaaslike penetrerende klein gaatjiepatroon vorm. Wanneer die ringkrag 3000 en 3500w is (ID 21 en 22), bereik volle penetrasie-sleutelgatmodus.
Verteenwoordigende dwarssnitbeelde van elke sweisidentifikasie onder 'n optiese mikroskoop
Figuur 4. (a) Die verband tussen uiteindelike treksterkte (UTS) en kragverhouding in sweistoetse; (b) Die totale krag van alle sweistoetse
Figuur 5. (a) Verwantskap tussen aspekverhouding en UTS; (b) Die verhouding tussen uitbreiding en penetrasiediepte en UTS; (c) Kragdigtheid vir alle sweistoetse
Figuur 6. (ac) Vickers-mikrohardheid-indentasiekontoerkaart; (df) Ooreenstemmende SEM-EDS chemiese spektra vir verteenwoordigende geleidingsmodus-sweising; (g) Skematiese diagram van die koppelvlak tussen staal en aluminium; (h) Fe2Al5 en totale IMC-dikte van geleidingsmodus-sweislasse
Figuur 7. (ac) Vickers-mikrohardheid-indentasiekontoerkaart; (df) Ooreenstemmende SEM-EDS chemiese spektrum vir verteenwoordigende plaaslike penetrasie-perforasiemodus-sweising
Figuur 8. (ac) Vickers-mikrohardheid-indentasiekontoerkaart; (df) Ooreenstemmende SEM-EDS chemiese spektrum vir verteenwoordigende volle penetrasie-perforasiemodus-sweising
Figuur 9. Die EBSD-grafiek toon die korrelgrootte van die ysterryke gebied (boonste plaat) in die volle penetrasie-perforasiemodustoets en kwantifiseer die korrelgrootteverspreiding.
Figuur 10. SEM-EDS-spektra van die koppelvlak tussen ryk yster en ryk aluminium
Hierdie studie het die effekte van ARM-laser op die vorming, mikrostruktuur en meganiese eienskappe van IMC in IF-staal-1050 aluminiumlegering se verskillende oorlappingsgesweisde verbindings ondersoek. Die studie het drie sweismodusse (geleidingsmodus, plaaslike penetrasiemodus en volle penetrasiemodus) en drie geselekteerde laserstraalvorms (Gaussiese straal, ringvormige straal en Gaussiese ringvormige straal) oorweeg. Die navorsingsresultate dui daarop dat die keuse van die toepaslike kragverhouding van Gaussiese straal en ringvormige straal 'n sleutelparameter is vir die beheer van die vorming en mikrostruktuur van interne modale koolstof, waardeur die meganiese eienskappe van die sweislas maksimeer word. In geleidingsmodus bied 'n sirkelvormige straal met 'n kragverhouding van 0.2 die beste sweissterkte (71% verbindingsdoeltreffendheid). In die perforasiemodus produseer die Gaussiese straal groter sweisdiepte en hoër aspekverhouding, maar die sweisintensiteit word aansienlik verminder. Die ringvormige straal met 'n kragverhouding van 0.5 het 'n beduidende impak op die verfyning van staalkorrels in die sweisnaad. Dit is as gevolg van die laer piektemperatuur van die ringvormige balk wat lei tot 'n vinniger afkoeltempo, en die groeibeperkende effek van Al-opgeloste migrasie na die boonste gedeelte van die lasnaad op die korrelstruktuur. Daar is 'n sterk korrelasie tussen Vickers-mikrohardheid en Thermo Calc se voorspelling van fasevolumepersentasie. Hoe groter die volumepersentasie van Fe4Al13, hoe hoër die mikrohardheid.
Plasingstyd: 25 Januarie 2024
