Terase ühendamisel alumiiniumiga moodustub Fe ja Al aatomite vaheline reaktsioon ühendamisprotsessi ajal hapraid metallidevahelisi ühendeid (IMC). Nende IMC-de olemasolu piirab ühenduse mehaanilist tugevust, mistõttu on vaja nende ühendite kogust kontrollida. IMC-de moodustumise põhjus on see, et Fe lahustuvus Al-s on halb. Kui see ületab teatud koguse, võib see mõjutada keevisõmbluse mehaanilisi omadusi. IMC-del on ainulaadsed omadused, nagu kõvadus, piiratud plastilisus ja sitkus ning morfoloogilised omadused. Uuringud on leidnud, et võrreldes teiste IMC-dega peetakse Fe2Al5 IMC kihti laialdaselt kõige rabedamaks (11,8± 1,8 GPa) IMC faas ning see on ka keevitusrikkest tingitud mehaaniliste omaduste vähenemise peamiseks põhjuseks. Selles artiklis uuritakse IF-terase ja 1050 alumiiniumi laserkeevitusprotsessi reguleeritava rõngasrežiimiga laseriga ning uuritakse põhjalikult laserkiire kuju mõju metallidevaheliste ühendite moodustumisele ja mehaanilistele omadustele. Südamiku/rõnga võimsuse suhet reguleerides leiti, et juhtivusrežiimis võib südamiku/rõnga võimsuse suhe 0,2 saavutada parema keevisliidese liidepinna ja vähendada oluliselt Fe2Al5 IMC paksust, parandades seeläbi liite nihketugevust. .
See artikkel tutvustab reguleeritava ringrežiimiga laseri mõju metallidevaheliste ühendite moodustumisele ja mehaanilistele omadustele IF-terase ja 1050 alumiiniumi kauglaserkeevitamisel. Uurimistulemused näitavad, et juhtivusrežiimis annab südamiku/rõnga võimsuse suhe 0,2 suurema keevisliidese pindala, mida peegeldab maksimaalne nihketugevus 97,6 N/mm2 (vuugi efektiivsus 71%). Lisaks, võrreldes Gaussi kiirtega, mille võimsussuhe on suurem kui 1, vähendab see oluliselt Fe2Al5 intermetallilise ühendi (IMC) paksust 62% ja IMC kogupaksust 40%. Perforatsioonirežiimis täheldati pragusid ja madalamat nihketugevust võrreldes juhtivusrežiimiga. Väärib märkimist, et kui südamiku ja rõnga võimsuse suhe oli 0,5, täheldati keevisõmbluses olulist tera rafineerimist.
Kui r = 0, genereeritakse ainult ahela võimsus, samas kui r = 1 genereeritakse ainult südamiku võimsus.
Gaussi tala ja rõngakujulise tala võimsuse suhte r skemaatiline diagramm
a) keevitusseade; b) keevisprofiili sügavus ja laius; (c) näidiste ja kinnitusdetailide kuvamise skemaatiline diagramm
MC-test: ainult Gaussi tala puhul on keevisõmblus esialgu madala juhtivuse režiimis (ID 1 ja 2), seejärel läheb üle osaliselt läbitungivat lukuaugu režiimile (ID 3-5), ilmnevad ilmsed praod. Kui rõnga võimsus tõusis 0-lt 1000 W-le, ei olnud ID 7 juures ilmseid pragusid ja raua rikastamise sügavus oli suhteliselt väike. Kui rõnga võimsus suureneb 2000 ja 2500 W-ni (ID 9 ja 10), suureneb rikkaliku raua tsooni sügavus. Liigne lõhenemine 2500 W rõnga võimsusel (ID 10).
MR-test: kui südamiku võimsus on vahemikus 500 kuni 1000 W (ID 11 ja 12), on keevisõmblus juhtivusrežiimis; Võrreldes ID 12 ja ID 7, kuigi koguvõimsus (6000w) on sama, rakendab ID 7 lukuava režiimi. See on tingitud võimsustiheduse olulisest vähenemisest ID 12 juures domineeriva ahela karakteristiku tõttu (r=0,2). Kui koguvõimsus jõuab 7500 W-ni (ID 15), on võimalik saavutada täielik läbitungimisrežiim ja võrreldes ID 7-s kasutatava 6000 W-ga on täistungimise režiimi võimsus oluliselt suurenenud.
IC-test: Juhtrežiim (ID 16 ja 17) saavutati 1500w südamiku võimsusel ning 3000w ja 3500w ringvõimsusel. Kui südamiku võimsus on 3000 W ja rõnga võimsus on vahemikus 1500 W kuni 2500 W (ID 19-20), tekivad rikka raua ja rikkaliku alumiiniumi vahelisele liidesele ilmsed praod, mis moodustavad kohaliku läbitungiva väikese augumustri. Kui helina võimsus on 3000 ja 3500 W (ID 21 ja 22), saavutage täieliku läbitungimise võtmeaugu režiim.
Iga keevitustunnuse representatiivsed ristlõikepildid optilise mikroskoobi all
Joonis 4. a) tõmbetugevuse (UTS) ja võimsussuhte vaheline seos keevituskatsetes; b) kõigi keevituskatsete koguvõimsus
Joonis 5. (a) Kuvasuhte ja UTS-i vaheline seos; b) laienduse ja läbitungimissügavuse ning UTS-i vaheline seos; c) võimsustihedus kõigi keevituskatsete jaoks
Joonis 6. (ac) Vickersi mikrokõvaduse taande kontuurkaart; df) vastavad SEM-EDS keemilised spektrid tüüpilise juhtivusrežiimiga keevitamiseks; g) terase ja alumiiniumi vahelise liidese skemaatiline diagramm; (h) Fe2Al5 ja juhtivusrežiimis keevisõmbluste IMC kogupaksus
Joonis 7. (ac) Vickersi mikrokõvaduse taande kontuurkaart; (df) Vastav SEM-EDS keemiline spekter tüüpilise lokaalse läbitungimisperforatsioonirežiimiga keevitamiseks
Joonis 8. (ac) Vickersi mikrokõvaduse taande kontuurkaart; (df) Vastav SEM-EDS keemiline spekter representatiivse täieliku läbitungimisega perforatsioonirežiimiga keevitamiseks
Joonis 9. EBSD graafik näitab rauarikka piirkonna (ülemise plaadi) tera suurust täieliku läbitungimise perforatsiooni režiimi katses ja kvantifitseerib tera suuruse jaotust
Joonis 10. Rikkaliku raua ja rikka alumiiniumi vahelise liidese SEM-EDS spektrid
Selles uuringus uuriti ARM-laseri mõju IMC moodustumisele, mikrostruktuurile ja mehaanilistele omadustele IF-i teras-1050 alumiiniumisulamist erinevatel keevisliidetel. Uuringus käsitleti kolme keevitusrežiimi (juhtivusrežiim, lokaalse läbitungimise režiim ja täieliku läbitungimise režiim) ja kolme valitud laserkiire kuju (Gaussi kiir, rõngakujuline kiir ja Gaussi rõngakujuline kiir). Uurimistulemused näitavad, et Gaussi tala ja rõngakujulise tala sobiva võimsussuhte valimine on sisemise modaalse süsiniku moodustumise ja mikrostruktuuri kontrollimise võtmeparameeter, maksimeerides seeläbi keevisõmbluse mehaanilisi omadusi. Juhtivas režiimis tagab parima keevitustugevuse (71% liiteefektiivsusega) ringtala võimsussuhtega 0,2. Perforatsioonirežiimis tekitab Gaussi tala suurema keevitussügavuse ja suurema kuvasuhte, kuid keevitamise intensiivsus väheneb oluliselt. Rõngakujuline tala võimsussuhtega 0,5 mõjutab oluliselt keevisõmbluse terase külgterade viimistlemist. Selle põhjuseks on rõngakujulise tala madalam tipptemperatuur, mis põhjustab kiiremat jahutuskiirust, ja Al lahustunud aine migratsiooni kasvu piirav toime tera struktuurile keevisõmbluse ülemise osa suunas. Vickersi mikrokõvaduse ja Thermo Calci faasimahu protsendi ennustuse vahel on tugev korrelatsioon. Mida suurem on Fe4Al13 mahuprotsent, seda suurem on mikrokõvadus.
Postitusaeg: 25. jaanuar 2024
