Bij het verbinden van staal met aluminium vormt de reactie tussen Fe- en Al-atomen tijdens het verbindingsproces brosse intermetallische verbindingen (IMC's). De aanwezigheid van deze IMC's beperkt de mechanische sterkte van de verbinding, daarom is het noodzakelijk om de hoeveelheid van deze verbindingen te controleren. De reden voor de vorming van IMC's is dat de oplosbaarheid van Fe in Al slecht is. Als het een bepaalde hoeveelheid overschrijdt, kan dit de mechanische eigenschappen van de las beïnvloeden. IMC's hebben unieke eigenschappen zoals hardheid, beperkte ductiliteit en taaiheid, en morfologische kenmerken. Uit onderzoek is gebleken dat de Fe2Al5 IMC-laag, vergeleken met andere IMC's, algemeen als de meest brosse wordt beschouwd (11,8± 1,8 GPa) IMC-fase, en is ook de belangrijkste reden voor de afname van mechanische eigenschappen als gevolg van lasfouten. Dit artikel onderzoekt het laserlasproces op afstand van IF-staal en 1050-aluminium met behulp van een laser met instelbare ringmodus, en onderzoekt diepgaand de invloed van de vorm van de laserstraal op de vorming van intermetallische verbindingen en mechanische eigenschappen. Door de kern/ringvermogensverhouding aan te passen, is gebleken dat in de geleidingsmodus een kern/ringvermogensverhouding van 0,2 een beter lasoppervlak kan bereiken en de dikte van Fe2Al5 IMC aanzienlijk kan verminderen, waardoor de schuifsterkte van de verbinding wordt verbeterd. .
Dit artikel introduceert de invloed van een verstelbare ringmoduslaser op de vorming van intermetallische verbindingen en mechanische eigenschappen tijdens laserlassen op afstand van IF-staal en 1050 aluminium. De onderzoeksresultaten geven aan dat onder geleidingsmodus een kern/ringvermogensverhouding van 0,2 zorgt voor een groter lasoppervlak, wat wordt weerspiegeld door een maximale schuifsterkte van 97,6 N/mm2 (verbindingsefficiëntie van 71%). Bovendien vermindert dit, vergeleken met Gaussiaanse balken met een vermogensverhouding groter dan 1, de dikte van de Fe2Al5 intermetallische verbinding (IMC) aanzienlijk met 62% en de totale IMC-dikte met 40%. In de perforatiemodus werden scheuren en een lagere schuifsterkte waargenomen vergeleken met de geleidingsmodus. Het is de moeite waard om op te merken dat er een significante korrelverfijning werd waargenomen in de lasnaad wanneer de kern/ringvermogensverhouding 0,5 was.
Wanneer r=0 wordt alleen lusvermogen gegenereerd, terwijl wanneer r=1 alleen kernvermogen wordt gegenereerd.
Schematisch diagram van de vermogensverhouding r tussen Gaussische straal en ringvormige straal
a) lasapparaat; (b) De diepte en breedte van het lasprofiel; (c) Schematisch diagram van het weergeven van voorbeeld- en armatuurinstellingen
MC-test: Alleen in het geval van een Gauss-balk bevindt de lasnaad zich aanvankelijk in de ondiepe geleidingsmodus (ID 1 en 2), en gaat vervolgens over naar de gedeeltelijk penetrerende lockhole-modus (ID 3-5), waarbij duidelijke scheuren verschijnen. Toen het ringvermogen toenam van 0 naar 1000 W, waren er geen duidelijke scheuren bij ID 7 en was de diepte van de ijzerverrijking relatief klein. Wanneer het ringvermogen toeneemt tot 2000 en 2500 W (ID's 9 en 10), neemt de diepte van de rijke ijzerzone toe. Overmatig scheuren bij een ringvermogen van 2500 W (ID 10).
MR-test: Wanneer het kernvermogen tussen 500 en 1000 W ligt (ID 11 en 12), bevindt de lasnaad zich in geleidingsmodus; Als we ID 12 en ID 7 vergelijken, implementeert ID 7, hoewel het totale vermogen (6000 W) hetzelfde is, een lock-hole-modus. Dit komt door de significante afname van de vermogensdichtheid bij ID 12 als gevolg van de dominante luskarakteristiek (r=0,2). Wanneer het totale vermogen 7500 W (ID 15) bereikt, kan de volledige penetratiemodus worden bereikt, en vergeleken met de 6000 W die in ID 7 wordt gebruikt, wordt het vermogen van de volledige penetratiemodus aanzienlijk verhoogd.
IC-test: De geleide modus (ID 16 en 17) werd bereikt bij een kernvermogen van 1500 W en een ringvermogen van 3000 W en 3500 W. Wanneer het kernvermogen 3000 W is en het ringvermogen tussen 1500 W en 2500 W (ID 19-20), verschijnen er duidelijke scheuren op het grensvlak tussen rijk ijzer en rijk aluminium, waardoor een plaatselijk doordringend klein gatenpatroon ontstaat. Wanneer het belvermogen 3000 en 3500 W is (ID 21 en 22), bereikt u de sleutelgatmodus met volledige penetratie.
Representatieve dwarsdoorsnedebeelden van elke lasidentificatie onder een optische microscoop
Figuur 4. (a) De relatie tussen ultieme treksterkte (UTS) en vermogensverhouding bij lastests; (b) Het totale vermogen van alle lasproeven
Figuur 5. (a) Relatie tussen beeldverhouding en UTS; (b) De relatie tussen uitbreiding en penetratiediepte en UTS; (c) Vermogensdichtheid voor alle lastests
Figuur 6. (ac) Vickers-inkepingscontourkaart met microhardheid; (df) Overeenkomstige chemische SEM-EDS-spectra voor representatief lassen in geleidingsmodus; (g) Schematisch diagram van het grensvlak tussen staal en aluminium; (h) Fe2Al5 en totale IMC-dikte van lassen in geleidende modus
Figuur 7. (ac) Vickers-inkepingscontourkaart met microhardheid; (df) Overeenkomstig chemisch spectrum van SEM-EDS voor representatief lassen met lokale penetratieperforatie
Figuur 8. (ac) Vickers-inkepingscontourkaart met microhardheid; (df) Overeenkomstig chemisch spectrum van SEM-EDS voor representatief lassen met volledige penetratieperforatie
Figuur 9. EBSD-grafiek toont de korrelgrootte van het ijzerrijke gebied (bovenste plaat) in de volledige penetratieperforatiemodustest, en kwantificeert de korrelgrootteverdeling
Figuur 10. SEM-EDS-spectra van het grensvlak tussen rijk ijzer en rijk aluminium
Deze studie onderzocht de effecten van ARM-laser op de vorming, microstructuur en mechanische eigenschappen van IMC in ongelijksoortige laplasverbindingen van IF-staal-1050 aluminiumlegering. In het onderzoek werden drie lasmodi beschouwd (geleidingsmodus, lokale penetratiemodus en volledige penetratiemodus) en drie geselecteerde laserstraalvormen (Gaussiaanse straal, ringvormige straal en Gaussische ringvormige straal). De onderzoeksresultaten geven aan dat het selecteren van de juiste vermogensverhouding van de Gauss-balk en de ringvormige balk een sleutelparameter is voor het controleren van de vorming en microstructuur van interne modale koolstof, waardoor de mechanische eigenschappen van de las worden gemaximaliseerd. In de geleidingsmodus biedt een cirkelvormige straal met een vermogensverhouding van 0,2 de beste lassterkte (71% verbindingsefficiëntie). In de perforatiemodus produceert de Gauss-straal een grotere lasdiepte en een hogere aspectverhouding, maar de lasintensiteit wordt aanzienlijk verminderd. De ringvormige ligger met een vermogensverhouding van 0,5 heeft een aanzienlijke invloed op de verfijning van de stalen zijkorrels in de lasnaad. Dit komt door de lagere piektemperatuur van de ringvormige balk, wat leidt tot een snellere afkoeling, en door het groeibeperkende effect van de migratie van Al- opgeloste stoffen naar het bovenste deel van de lasnaad op de korrelstructuur. Er is een sterke correlatie tussen de microhardheid van Vickers en Thermo Calc's voorspelling van het fasevolumepercentage. Hoe groter het volumepercentage Fe4Al13, hoe hoger de microhardheid.
Posttijd: 25 januari 2024
