Пры злучэнні сталі з алюмініем рэакцыя паміж атамамі Fe і Al у працэсе злучэння ўтварае далікатныя інтэрметалічныя злучэнні (ІМЗ). Прысутнасць гэтых ІМЗ абмяжоўвае механічную трываласць злучэння, таму неабходна кантраляваць колькасць гэтых злучэнняў. Прычынай утварэння ІМЗ з'яўляецца нізкая растваральнасць Fe ў Al. Калі яна перавышае пэўную колькасць, гэта можа паўплываць на механічныя ўласцівасці зварнога шва. ІМЗ маюць унікальныя ўласцівасці, такія як цвёрдасць, абмежаваная пластычнасць і глейкасць, а таксама марфалагічныя асаблівасці. Даследаванні паказалі, што ў параўнанні з іншымі ІМЗ, пласт ІМЗ Fe2Al5 шырока лічыцца найбольш далікатным (11,8± 1,8 ГПа) фаза міжметалічнага злучэння, а таксама з'яўляецца асноўнай прычынай зніжэння механічных уласцівасцей з-за пашкоджанняў зваркі. У гэтай працы даследуецца працэс дыстанцыйнай лазернай зваркі сталі IF і алюмінія 1050 з выкарыстаннем лазера з рэгуляваным кальцавым рэжымам, а таксама падрабязна даследуецца ўплыў формы лазернага прамяня на ўтварэнне інтэрметалічных злучэнняў і механічныя ўласцівасці. Рэгулюючы суадносіны магутнасці ядра/кольца, было выяўлена, што ў рэжыме праводнасці суадносіны магутнасці ядра/кольца 0,2 можа дасягнуць лепшай плошчы паверхні зваркі і значна паменшыць таўшчыню міжметалічнага злучэння Fe2Al5, тым самым паляпшаючы трываласць злучэння на зрух.
У гэтым артыкуле разглядаецца ўплыў лазера з рэгуляваным кальцавым рэжымам на ўтварэнне інтэрметалічных злучэнняў і механічныя ўласцівасці падчас дыстанцыйнай лазернай зваркі сталі IF і алюмінію 1050. Вынікі даследавання паказваюць, што ў рэжыме праводнасці суадносіны магутнасці стрыжня/кольца 0,2 забяспечвае большую плошчу паверхні зварнога шва, што адлюстроўваецца максімальнай трываласцю на зрух 97,6 Н/мм2 (эфектыўнасць злучэння 71%). Акрамя таго, у параўнанні з гаўсаўскімі прамянямі з суадносінамі магутнасці больш за 1, гэта значна памяншае таўшчыню інтэрметалічнага злучэння (ІМЗ) Fe2Al5 на 62% і агульную таўшчыню ІМЗ на 40%. У рэжыме перфарацыі назіраліся расколіны і меншая трываласць на зрух у параўнанні з рэжымам праводнасці. Варта адзначыць, што значнае драбненне зерня назіралася ў зварным шве, калі суадносіны магутнасці стрыжня/кольца складала 0,5.
Калі r=0, генеруецца толькі магутнасць контуру, а калі r=1, генеруецца толькі магутнасць ядра.
Схематычная дыяграма суадносін магутнасцей r паміж гаўсаўскім і кальцавым пучкамі
(a) Зварачная прылада; (b) Глыбіня і шырыня профілю зваркі; (c) Схематычная дыяграма адлюстравання налад узору і прыстасавання
Выпрабаванне MC: Толькі ў выпадку гаўсаўскага пучка зварны шов спачатку знаходзіцца ў рэжыме павярхоўнай праводнасці (ID 1 і 2), а затым пераходзіць у рэжым часткова пранікальнай шлюзавай адтуліны (ID 3-5) з з'яўленнем відавочных расколін. Пры павелічэнні магутнасці кольца ад 0 да 1000 Вт відавочных расколін пры ID 7 не было, а глыбіня ўзбагачэння жалезам была адносна невялікай. Пры павелічэнні магутнасці кольца да 2000 і 2500 Вт (ID 9 і 10) глыбіня зоны, узбагачанай жалезам, павялічваецца. Празмернае расколінаванне пры магутнасці кольца 2500 Вт (ID 10).
МРТ-выпрабаванне: калі магутнасць стрыжня знаходзіцца ў межах ад 500 да 1000 Вт (ID 11 і 12), зварны шов знаходзіцца ў рэжыме праводнасці; у параўнанні з ID 12 і ID 7, нягледзячы на аднолькавую агульную магутнасць (6000 Вт), ID 7 рэалізуе рэжым блакіроўкі. Гэта звязана са значным зніжэннем шчыльнасці магутнасці ў ID 12 з-за характарыстыкі дамінантнай пятлі (r=0,2). Калі агульная магутнасць дасягае 7500 Вт (ID 15), можна дасягнуць рэжыму поўнага праварвання, і ў параўнанні з 6000 Вт, якія выкарыстоўваюцца ў ID 7, магутнасць рэжыму поўнага праварвання значна павялічваецца.
Выпрабаванне ІС: рэжым праводнасці (ID 16 і 17) быў дасягнуты пры магутнасці стрыжня 1500 Вт і магутнасці кольца 3000 Вт і 3500 Вт. Пры магутнасці стрыжня 3000 Вт і магутнасці кольца ад 1500 Вт да 2500 Вт (ID 19-20) на мяжы паміж багатым жалезам і багатым алюмініем з'яўляюцца відавочныя расколіны, якія ўтвараюць лакальны пранікальны малюнак дробных адтулін. Пры магутнасці кольца 3000 і 3500 Вт (ID 21 і 22) дасягаецца рэжым поўнага пранікнення замочнай свідравіны.
Тыповыя выявы папярочнага сячэння кожнай ідэнтыфікацыі зваркі пад аптычным мікраскопам
Малюнак 4. (а) Суадносіны паміж мяжой трываласці на расцяжэнне і суадносінамі магутнасці ў зварачных выпрабаваннях; (б) Агульная магутнасць усіх зварачных выпрабаванняў
Малюнак 5. (a) Суадносіны паміж падаўжэннем і UTS; (b) Суадносіны паміж пашырэннем і глыбінёй пранікнення і UTS; (c) Шчыльнасць магутнасці для ўсіх зварачных выпрабаванняў
Малюнак 6. (ac) Карта контураў мікрацвёрдасці па Вікерсу; (df) Адпаведныя хімічныя спектры SEM-EDS для тыповай зваркі ў рэжыме праводнасці; (g) Схематычная дыяграма мяжы паміж сталлю і алюмініем; (h) Fe2Al5 і агульная таўшчыня міжфазнай кроўкі зварных швоў у рэжыме праводнасці
Малюнак 7. (ac) Карта контураў мікрацвёрдасці па Вікерсу; (df) Адпаведны хімічны спектр SEM-EDS для тыповай зваркі з лакальным пранікненнем і перфарацыяй.
Малюнак 8. (ac) Карта контураў мікрацвёрдасці па Вікерсу; (df) Адпаведны хімічны спектр SEM-EDS для тыповай зваркі ў рэжыме поўнага праварвання з перфарацыяй.
Малюнак 9. Графік EBSD паказвае памер зерня ў вобласці, багатай на жалеза (верхняя пласціна), у выпрабаванні рэжыму поўнага пранікнення і колькасна вызначае размеркаванне памеру зерня.
Малюнак 10. SEM-EDS спектры мяжы паміж багатым жалезам і багатым алюмініем
У гэтым даследаванні вывучаўся ўплыў ARM-лазера на фарміраванне, мікраструктуру і механічныя ўласцівасці міжфазнага вугляроду (ІМК) у разнастайных зварных злучэннях з алюмініевага сплаву IF-1050, звараных унахлёст. У даследаванні разглядаліся тры рэжымы зваркі (рэжым праводнасці, рэжым лакальнага пранікнення і рэжым поўнага пранікнення) і тры выбраныя формы лазернага прамяня (гаўсаўскі прамень, кальцавы прамень і гаўсаўскі кальцавы прамень). Вынікі даследавання паказваюць, што выбар адпаведнага суадносін магутнасці гаўсавага і кальцавога прамянёў з'яўляецца ключавым параметрам для кантролю фарміравання і мікраструктуры ўнутранага мадальнага вугляроду, тым самым максімізуючы механічныя ўласцівасці зварнога шва. У рэжыме праводнасці круглы прамень з суадносінамі магутнасці 0,2 забяспечвае найлепшую трываласць зваркі (каэфіцыент эфектыўнасці злучэння 71%). У рэжыме перфарацыі гаўсаўскі прамень забяспечвае большую глыбіню зваркі і большы каэфіцыент падаўжэння, але інтэнсіўнасць зваркі значна зніжаецца. Кальцавы прамень з суадносінамі магутнасці 0,5 аказвае значны ўплыў на здрабненне бакавых зерняў сталі ў зварным шве. Гэта звязана з больш нізкай пікавай тэмпературай кальцавой бэлькі, якая прыводзіць да больш хуткага астуджэння, а таксама з эфектам абмежавання росту міграцыі растворанага Al да верхняй часткі зварнога шва на структуру зярна. Існуе моцная карэляцыя паміж мікрацвёрдасцю па Вікерсу і прагнозам Thermo Calc адносна працэнтнага ўтрымання фазы ў аб'ёме. Чым большы аб'ёмны працэнт Fe4Al13, тым вышэйшая мікрацвёрдасць.
Час публікацыі: 25 студзеня 2024 г.
