При соединении стали с алюминием реакция между атомами Fe и Al в процессе соединения образует хрупкие интерметаллиды (ИМС). Наличие этих ИМК ограничивает механическую прочность соединения, поэтому необходимо контролировать количество этих соединений. Причиной образования ИМК является плохая растворимость Fe в Al. Если оно превышает определенное значение, это может повлиять на механические свойства сварного шва. IMC обладают уникальными свойствами, такими как твердость, ограниченная пластичность и вязкость, а также морфологические особенности. Исследования показали, что по сравнению с другими IMC слой IMC Fe2Al5 широко считается наиболее хрупким (11,8± 1,8 ГПа) фазы IMC, а также является основной причиной снижения механических свойств из-за разрушения сварки. В данной статье исследуется процесс дистанционной лазерной сварки стали IF и алюминия 1050 с использованием регулируемого кольцевого лазера, а также подробно исследуется влияние формы лазерного луча на образование интерметаллических соединений и механические свойства. Путем регулирования соотношения мощностей сердечник/кольцо было обнаружено, что в режиме проводимости соотношение мощностей сердечник/кольцо 0,2 может обеспечить лучшую площадь поверхности соединения поверхности сварного шва и значительно уменьшить толщину IMC Fe2Al5, тем самым улучшая прочность соединения на сдвиг. .
В данной статье представлено влияние регулируемого кольцевого лазера на образование интерметаллидов и механические свойства при дистанционной лазерной сварке стали IF и алюминия 1050. Результаты исследования показывают, что в режиме проводимости соотношение мощностей сердечник/кольцо 0,2 обеспечивает большую площадь поверхности соединения границ сварного шва, что отражается в максимальной прочности на сдвиг 97,6 Н/мм2 (КПД соединения 71%). Кроме того, по сравнению с гауссовыми пучками с коэффициентом мощности более 1 это существенно уменьшает толщину интерметаллида (ИМС) Fe2Al5 на 62%, а общую толщину ИМС - на 40%. В режиме перфорации наблюдались трещины и более низкая прочность на сдвиг по сравнению с режимом проводимости. Стоит отметить, что значительное измельчение зерна наблюдалось в сварном шве при соотношении мощностей стержень/кольцо 0,5.
Когда r=0, генерируется только мощность контура, а когда r=1, генерируется только мощность ядра.
Принципиальная диаграмма соотношения мощностей r между гауссовой балкой и кольцевой балкой
а) сварочное устройство; (б) Глубина и ширина профиля сварного шва; (c) Схематическая диаграмма отображения настроек образца и приспособления.
Испытание MC: только в случае гауссова луча сварной шов первоначально находится в режиме мелкой проводимости (ID 1 и 2), а затем переходит в режим частично проникающих замков (ID 3-5) с появлением явных трещин. При увеличении мощности кольца от 0 до 1000 Вт явных трещин на ID 7 не наблюдалось, а глубина обогащения железом была относительно небольшой. При увеличении мощности кольца до 2000 и 2500 Вт (ИД 9 и 10) глубина зоны богатого железа увеличивается. Чрезмерное растрескивание при мощности кольца 2500 Вт (ID 10).
MR-тест: когда мощность сердечника составляет от 500 до 1000 Вт (ID 11 и 12), сварной шов находится в режиме проводимости; Сравнивая ID 12 и ID 7, хотя общая мощность (6000 Вт) одинакова, ID 7 реализует режим запирающего отверстия. Это связано со значительным снижением плотности мощности на ID 12 из-за доминирующей характеристики контура (r=0,2). Когда общая мощность достигает 7500 Вт (ID 15), может быть достигнут режим полного проникновения, и по сравнению с 6000 Вт, используемыми в ID 7, мощность режима полного проникновения значительно увеличивается.
Испытание IC: Кондуктивный режим (ID 16 и 17) был достигнут при мощности ядра 1500 Вт и кольцевой мощности 3000 Вт и 3500 Вт. Когда мощность ядра составляет 3000 Вт, а мощность кольца — от 1500 до 2500 Вт (ID 19–20), на границе раздела между богатым железом и алюминием появляются явные трещины, образующие локальный рисунок мелких сквозных отверстий. Когда мощность кольца составляет 3000 и 3500 Вт (ID 21 и 22), добейтесь режима «замочной скважины» с полным проникновением.
Репрезентативные изображения поперечного сечения каждого обозначения сварки под оптическим микроскопом.
Рис. 4. (а) Зависимость между пределом прочности при растяжении (UTS) и коэффициентом мощности при сварочных испытаниях; (b) Суммарная мощность всех сварочных испытаний.
Рисунок 5. (а) Связь между соотношением сторон и UTS; (b) взаимосвязь между расширением и глубиной проникновения и UTS; (c) Плотность мощности для всех сварочных испытаний
Рис. 6. (ac) Контурная карта микротвердости по Виккерсу; (df) Соответствующие химические спектры SEM-EDS для типичной сварки в режиме проводимости; (g) Схематическая диаграмма границы раздела стали и алюминия; (h) Fe2Al5 и общая толщина IMC сварных швов в проводящей моде
Рис. 7. (ac) Контурная карта микротвердости по Виккерсу; (df) Соответствующий химический спектр SEM-EDS для репрезентативной сварки в режиме перфорации с локальным проплавлением.
Рис. 8. (ac) Контурная карта микротвердости по Виккерсу; (df) Соответствующий химический спектр SEM-EDS для репрезентативной сварки с полным проплавлением в режиме перфорации.
Рисунок 9. График EBSD показывает размер зерен в богатой железом области (верхняя пластина) в режиме перфорации с полным проникновением и количественно определяет распределение зерен по размерам.
Рисунок 10. Спектры SEM-EDS границы раздела богатого железа и богатого алюминия.
В этом исследовании изучалось влияние ARM-лазера на формирование, микроструктуру и механические свойства IMC в разнородных нахлесточных сварных соединениях из алюминиевого сплава IF сталь-1050. В исследовании рассматривались три режима сварки (режим проводимости, режим локального проплавления и режим полного проплавления) и три выбранные формы лазерного луча (гауссов луч, кольцевой луч и гауссов кольцевой луч). Результаты исследования показывают, что выбор соответствующего соотношения мощностей гауссовой балки и кольцевой балки является ключевым параметром для контроля образования и микроструктуры внутреннего модального углерода, тем самым максимизируя механические свойства сварного шва. В кондуктивном режиме луч круглого сечения с коэффициентом мощности 0,2 обеспечивает наилучшую прочность сварки (КПД соединения 71%). В режиме перфорации гауссов луч обеспечивает большую глубину сварки и более высокое удлинение, но интенсивность сварки значительно снижается. Кольцевая балка с коэффициентом мощности 0,5 оказывает существенное влияние на измельчение боковых зерен стали в сварном шве. Это связано с более низкой пиковой температурой кольцевой балки, приводящей к более высокой скорости охлаждения, и эффектом ограничения роста миграции растворенного Al в верхнюю часть сварного шва на зеренную структуру. Существует сильная корреляция между микротвердостью по Виккерсу и предсказанием Thermo Calc процентного содержания фазы. Чем больше объемная доля Fe4Al13, тем выше микротвердость.
Время публикации: 25 января 2024 г.
