Пры злучэнні сталі з алюмініем рэакцыя паміж атамамі Fe і Al у працэсе злучэння ўтварае далікатныя інтэрметалідныя злучэнні (IMC). Наяўнасць гэтых ИМК абмяжоўвае механічную трываласць злучэння, таму неабходна кантраляваць колькасць гэтых злучэнняў. Прычынай утварэння ІМК з'яўляецца дрэнная растваральнасць Fe ў Al. Калі ён перавышае пэўную колькасць, гэта можа паўплываць на механічныя ўласцівасці зварнога шва. ІМК валодаюць такімі унікальнымі ўласцівасцямі, як цвёрдасць, абмежаваная пластычнасць і трываласць, а таксама марфалагічнымі асаблівасцямі. Даследаванне паказала, што ў параўнанні з іншымі IMC пласт Fe2Al5 IMC лічыцца найбольш далікатным (11,8± 1,8 ГПа) фаза IMC, а таксама з'яўляецца асноўнай прычынай зніжэння механічных уласцівасцей з-за адмовы зваркі. У гэтым артыкуле даследуецца працэс дыстанцыйнай лазернай зваркі сталі IF і алюмінія 1050 з выкарыстаннем лазера з рэгуляваным кальцавым рэжымам, а таксама глыбока даследуецца ўплыў формы лазернага прамяня на ўтварэнне інтэрметалідных злучэнняў і механічныя ўласцівасці. Рэгулюючы суадносіны магутнасці стрыжань/кальцо, было выяўлена, што ў рэжыме праводнасці каэфіцыент магутнасці стрыжань/кальцо, роўны 0,2, можа дамагчыся лепшай плошчы злучальнай паверхні зварнога шва і значна паменшыць таўшчыню Fe2Al5 IMC, тым самым паляпшаючы трываласць на зрух злучэння .
У гэтым артыкуле разглядаецца ўплыў лазера з рэгуляваным кальцавым рэжымам на ўтварэнне інтэрметалічных злучэнняў і механічныя ўласцівасці падчас дыстанцыйнай лазернай зваркі сталі IF і алюмінія 1050. Вынікі даследавання паказваюць, што ў рэжыме праводнасці каэфіцыент магутнасці стрыжня/кольца 0,2 забяспечвае большую плошчу злучальнай паверхні зварнога шва, што адлюстроўваецца на максімальнай трываласці на зрух 97,6 Н/мм2 (каэфіцыент эфектыўнасці злучэння 71%). Акрамя таго, у параўнанні з пучкамі Гаўса з каэфіцыентам магутнасці, большым за 1, гэта значна памяншае таўшчыню інтэрметаліднага злучэння Fe2Al5 (IMC) на 62%, а агульную таўшчыню IMC - на 40%. У рэжыме перфарацыі назіраліся расколіны і меншая трываласць на зрух у параўнанні з рэжымам кандукцыі. Варта адзначыць, што значнае здрабненне збожжа назіралася ў зварным шве, калі суадносіны магутнасці стрыжня/кольца складала 0,5.
Калі r=0, выпрацоўваецца толькі магутнасць контуру, а калі r=1, выпрацоўваецца толькі асноўная магутнасць.
Прынцыповая дыяграма суадносін магутнасцей r паміж гаўсавым пучком і кальцавым пучком
(а) зварачны апарат; (b) Глыбіня і шырыня профілю зварнога шва; (c) Прынцыповая дыяграма адлюстравання ўзору і налад прыстасаванняў
Выпрабаванне МС: Толькі ў выпадку гаўсава пучка зварны шво спачатку знаходзіцца ў рэжыме неглыбокай праводнасці (ID 1 і 2), а затым пераходзіць у рэжым часткова пранікальнага шлюза (ID 3-5), з відавочнымі з'яўленнем расколін. Калі магутнасць кальца павялічылася з 0 да 1000 Вт, не было відавочных расколін пры ID 7 і глыбіня ўзбагачэння жалезам была адносна невялікай. Пры павелічэнні магутнасці кальца да 2000 і 2500 Вт (ідэнтыфікатары 9 і 10) павялічваецца глыбіня зоны, багатай жалезам. Празмернае парэпанне пры магутнасці кальца 2500 Вт (ID 10).
МР-тэст: Калі магутнасць стрыжня складае ад 500 да 1000 Вт (ID 11 і 12), зварны шво знаходзіцца ў рэжыме праводнасці; Параўноўваючы ID 12 і ID 7, хаця агульная магутнасць (6000 Вт) аднолькавая, ID 7 рэалізуе рэжым замка. Гэта звязана са значным зніжэннем шчыльнасці магутнасці пры ID 12 з-за дамінантнай характарыстыкі контуру (r=0,2). Калі агульная магутнасць дасягае 7500 Вт (ID 15), можа быць дасягнуты рэжым поўнага пранікнення, і ў параўнанні з 6000 Вт, якія выкарыстоўваюцца ў ID 7, магутнасць рэжыму поўнага пранікнення значна павялічваецца.
Тэст IC: кандуктыўны рэжым (ID 16 і 17) быў дасягнуты пры магутнасці ядра 1500 Вт і магутнасці кальца 3000 Вт і 3500 Вт. Калі магутнасць ядра складае 3000 Вт, а магутнасць кальца складае ад 1500 Вт да 2500 Вт (ідэнтыфікатар 19-20), відавочныя расколіны з'яўляюцца на падзеле паміж насычаным жалезам і насычаным алюмініем, утвараючы мясцовы малюнак дробных адтулін. Калі магутнасць кальца роўная 3000 і 3500 Вт (ID 21 і 22), дасягніце рэжыму поўнага пранікнення ў замочную свідравіну.
Рэпрэзентатыўныя выявы папярочнага разрэзу кожнай ідэнтыфікацыі зваркі пад аптычным мікраскопам
Малюнак 4. (а) Суадносіны паміж мяжой трываласці на разрыў (UTS) і каэфіцыентам магутнасці ў зварачных выпрабаваннях; (b) Агульная магутнасць усіх зварачных выпрабаванняў
Малюнак 5. (а) Адносіны паміж суадносінамі бакоў і UTS; (Б) Адносіны паміж пашырэннем і глыбінёй пранікнення і UTS; (c) Шчыльнасць магутнасці для ўсіх зварачных выпрабаванняў
Малюнак 6. Контурная карта ўглыблення мікрацвёрдасці па Віккерсу (ac); (df) Адпаведныя хімічныя спектры SEM-EDS для рэпрэзентатыўнай зваркі ў рэжыме праводнасці; (g) прынцыповая дыяграма мяжы падзелу паміж сталлю і алюмініем; (h) Fe2Al5 і агульная таўшчыня IMC зварных швоў у кандуктыўным рэжыме
Малюнак 7. Контурная карта ўглыблення мікрацвёрдасці па Віккерсу (ac); (df) Адпаведны хімічны спектр SEM-EDS для рэпрэзентатыўнай зваркі ў рэжыме лакальнай праваркі і перфарацыі
Малюнак 8. Контурная карта водступаў мікрацвёрдасці па Віккерсу (ac); (df) Адпаведны хімічны спектр SEM-EDS для рэпрэзентатыўнай зваркі ў рэжыме перфарацыі з поўным пранікненнем
Малюнак 9. Дыяграма EBSD паказвае памер збожжа ў вобласці, багатай жалезам (верхняя пласціна) у тэсце на перфарацыю ў рэжыме поўнага пранікнення, і колькасна вызначае размеркаванне збожжа па памеры
Малюнак 10. Спектры SEM-EDS мяжы падзелу паміж багатым жалезам і багатым алюмініем
Гэта даследаванне даследавала ўплыў лазера ARM на фарміраванне, мікраструктуру і механічныя ўласцівасці IMC у разнастайных зварных злучэннях з алюмініевага сплаву IF сталь-1050. Даследаванне разглядала тры рэжымы зваркі (рэжым кандукцыі, рэжым лакальнага пранікнення і рэжым поўнага пранікнення) і тры выбраныя формы лазернага прамяня (прамень Гаўса, кальцавы прамень і кальцавой прамень Гаўса). Вынікі даследавання паказваюць, што выбар адпаведнага суадносін магутнасці пучка Гаўса і кальцавога пучка з'яўляецца ключавым параметрам для кантролю фарміравання і мікраструктуры ўнутранага мадальнага вугляроду, тым самым максімізуючы механічныя ўласцівасці зварнога шва. У рэжыме кандукцыі круглы прамень з каэфіцыентам магутнасці 0,2 забяспечвае найлепшую трываласць зваркі (71% эфектыўнасці злучэння). У рэжыме перфарацыі пучок Гаўса забяспечвае вялікую глыбіню зваркі і большае суадносіны бакоў, але інтэнсіўнасць зваркі значна зніжаецца. Кальцавая бэлька з каэфіцыентам магутнасці 0,5 аказвае істотны ўплыў на драбненне бакавых зерняў сталі ў зварным шве. Гэта адбываецца з-за больш нізкай пікавай тэмпературы кальцавой бэлькі, што прыводзіць да больш высокай хуткасці астуджэння, і эфекту абмежавання росту міграцыі растворанага рэчыва Al да верхняй частцы зварнога шва на структуру збожжа. Існуе моцная карэляцыя паміж мікрацвёрдасцю па Віккерсу і прагнозам Thermo Calc аб'ёмнага працэнта фазы. Чым больш аб'ёмны працэнт Fe4Al13, тым вышэй мікрацвёрдасць.
Час публікацыі: 25 студзеня 2024 г
