Приликом спајања челика са алуминијумом, реакција између атома Fe и Al током процеса спајања формира крхка интерметална једињења (IMC). Присуство ових IMC ограничава механичку чврстоћу везе, стога је неопходно контролисати количину ових једињења. Разлог за формирање IMC је тај што је растворљивост Fe у Al лоша. Ако пређе одређену количину, може утицати на механичка својства завара. IMC имају јединствена својства као што су тврдоћа, ограничена дуктилност и жилавост, и морфолошке карактеристике. Истраживања су показала да се, у поређењу са другим IMC, слој Fe2Al5 IMC сматра најкрхкијим (11,8± 1,8 GPa) IMC фаза, а такође је и главни разлог за смањење механичких својстава услед квара заваривања. Овај рад истражује процес даљинског ласерског заваривања IF челика и алуминијума 1050 коришћењем подесивог прстенастог ласера и детаљно истражује утицај облика ласерског снопа на формирање интерметалних једињења и механичка својства. Подешавањем односа снаге језгра/прстена, утврђено је да у режиму проводљивости, однос снаге језгра/прстена од 0,2 може постићи бољу површину спајања завареног споја и значајно смањити дебљину Fe2Al5 IMC-а, чиме се побољшава чврстоћа на смицање споја.
Овај чланак представља утицај подесивог прстенастог ласера на формирање интерметалних једињења и механичка својства током даљинског ласерског заваривања IF челика и алуминијума 1050. Резултати истраживања показују да у режиму кондукције, однос снаге језгра/прстена од 0,2 обезбеђује већу површину спајања завареног споја, што се огледа у максималној чврстоћи на смицање од 97,6 N/mm2 (ефикасност споја од 71%). Поред тога, у поређењу са Гаусовим сноповима са односом снаге већим од 1, ово значајно смањује дебљину интерметалног једињења (IMC) Fe2Al5 за 62% и укупну дебљину IMC за 40%. У режиму перфорације, примећене су пукотине и нижа чврстоћа на смицање у поређењу са режимом кондукције. Вреди напоменути да је примећено значајно префињење зрна у завареном шаву када је однос снаге језгра/прстена био 0,5.
Када је r=0, генерише се само напајање петље, док када је r=1, генерише се само напајање језгра.
Шематски дијаграм односа снага r између Гаусовог снопа и прстенастог снопа
(а) Уређај за заваривање; (б) Дубина и ширина профила завара; (ц) Шематски дијаграм приказивања подешавања узорка и прибора
МЦ тест: Само у случају Гаусовог снопа, заварски шав је у почетку у режиму плитке проводљивости (ИД 1 и 2), а затим прелази у режим делимично продорне браве (ИД 3-5), са појавом очигледних пукотина. Када се снага прстена повећала са 0 на 1000 W, није било очигледних пукотина на ИД 7, а дубина обогаћивања гвожђем је била релативно мала. Када се снага прстена повећа на 2000 и 2500 W (ИД 9 и 10), дубина зоне богате гвожђем се повећава. Прекомерно пуцање на снази прстена од 2500 W (ИД 10).
МР тест: Када је снага језгра између 500 и 1000 W (ID 11 и 12), заварени шав је у режиму проводљивости; Упоређујући ID 12 и ID 7, иако је укупна снага (6000 W) иста, ID 7 имплементира режим закључавања рупе. То је због значајног смањења густине снаге код ID 12 због карактеристике доминантне петље (r=0,2). Када укупна снага достигне 7500 W (ID 15), може се постићи режим пуне пенетрације, а у поређењу са 6000 W коришћених код ID 7, снага режима пуне пенетрације је значајно повећана.
IC тест: Проведени режим (ID 16 и 17) је постигнут при снази језгра од 1500 W и снази прстена од 3000 W и 3500 W. Када је снага језгра 3000 W, а снага прстена између 1500 W и 2500 W (ID 19-20), очигледне пукотине се појављују на граници између богатог гвожђа и богатог алуминијума, формирајући локални продорни образац малих рупа. Када је снага прстена 3000 и 3500 W (ID 21 и 22), постиже се режим пуне пенетрације кроз кључаоницу.
Репрезентативне слике попречног пресека сваке идентификације заваривања под оптичким микроскопом
Слика 4. (а) Однос између граничне затезне чврстоће (UTS) и односа снаге у тестовима заваривања; (б) Укупна снага свих тестова заваривања
Слика 5. (а) Однос између односа ширине и висине и заварне чврстоће (UTS); (б) Однос између продужетка и дубине продирања и UTS; (ц) Густина снаге за сва испитивања заваривања
Слика 6. (ац) Мапа контура удубљења микротврдоће по Викерсу; (дф) Одговарајући SEM-EDS хемијски спектри за репрезентативно заваривање проводним режимом; (г) Шематски дијаграм међусобне спојнице између челика и алуминијума; (х) Fe2Al5 и укупна дебљина IMC завара проводним режимом
Слика 7. (ац) Мапа контура удубљења микротврдоће по Викерсу; (дф) Одговарајући SEM-EDS хемијски спектар за репрезентативно заваривање локалним продорним перфорацијским режимом
Слика 8. (ac) Мапа контура удубљења микротврдоће по Викерсу; (df) Одговарајући SEM-EDS хемијски спектар за репрезентативно заваривање перфорацијом са пуним продором
Слика 9. EBSD графикон приказује величину зрна региона богатог гвожђем (горња плоча) у тесту режима перфорације пуне пенетрације и квантификује расподелу величине зрна
Слика 10. SEM-EDS спектри границе између богатог гвожђа и богатог алуминијума
Ова студија је истраживала утицај ARM ласера на формирање, микроструктуру и механичка својства IMC-а у завареним спојевима различитих врста IF челика и алуминијумске легуре 1050. Студија је разматрала три режима заваривања (режим проводљивости, режим локалне пенетрације и режим пуне пенетрације) и три одабрана облика ласерског снопа (Гаусов сноп, прстенасти сноп и Гаусов прстенасти сноп). Резултати истраживања показују да је избор одговарајућег односа снаге Гаусовог снопа и прстенастог снопа кључни параметар за контролу формирања и микроструктуре унутрашњег модалног угљеника, чиме се максимизирају механичка својства завара. У режиму проводљивости, кружни сноп са односом снаге од 0,2 обезбеђује најбољу чврстоћу заваривања (ефикасност споја 71%). У режиму перфорације, Гаусов сноп производи већу дубину заваривања и већи однос ширине и висине, али је интензитет заваривања значајно смањен. Прстенасти сноп са односом снаге од 0,5 има значајан утицај на префињење бочних зрна челика у завареном шаву. То је због ниже вршне температуре прстенастог зрака што доводи до брже брзине хлађења и ефекта ограничења раста миграције раствореног Al према горњем делу завара на структуру зрна. Постоји јака корелација између Викерсове микротврдоће и Термо Калковог предвиђања процента запремине фазе. Што је већи проценат запремине Fe4Al13, то је већа микротврдоћа.
Време објаве: 25. јануар 2024.
