Quando si collega l'acciaio all'alluminio, la reazione tra gli atomi di Fe e Al durante il processo di connessione forma composti intermetallici fragili (IMC). La presenza di questi IMC limita la resistenza meccanica della connessione, pertanto è necessario controllare la quantità di questi composti. La ragione della formazione degli IMC è che la solubilità del Fe in Al è scarsa. Se supera una certa quantità, può influenzare le proprietà meccaniche della saldatura. Gli IMC hanno proprietà uniche come durezza, duttilità e tenacità limitate e caratteristiche morfologiche. La ricerca ha scoperto che, rispetto ad altri IMC, lo strato IMC Fe2Al5 è ampiamente considerato il più fragile (11,8± 1,8 GPa) Fase IMC, ed è anche la ragione principale della diminuzione delle proprietà meccaniche dovuta alla rottura della saldatura. Questo articolo analizza il processo di saldatura laser remota dell'acciaio IF e dell'alluminio 1050 utilizzando un laser in modalità anello regolabile e analizza in modo approfondito l'influenza della forma del raggio laser sulla formazione di composti intermetallici e sulle proprietà meccaniche. Regolando il rapporto di potenza nucleo/anello, si è scoperto che in modalità di conduzione, un rapporto di potenza nucleo/anello di 0,2 può ottenere una migliore area superficiale di unione dell'interfaccia di saldatura e ridurre significativamente lo spessore di Fe2Al5 IMC, migliorando così la resistenza al taglio del giunto .
Questo articolo introduce l'influenza del laser in modalità anello regolabile sulla formazione di composti intermetallici e sulle proprietà meccaniche durante la saldatura laser remota di acciaio IF e alluminio 1050. I risultati della ricerca indicano che in modalità di conduzione, un rapporto di potenza nucleo/anello di 0,2 fornisce un'area superficiale di unione dell'interfaccia di saldatura più ampia, che si riflette in una resistenza al taglio massima di 97,6 N/mm2 (efficienza del giunto del 71%). Inoltre, rispetto alle travi gaussiane con un rapporto di potenza maggiore di 1, questo riduce significativamente lo spessore del composto intermetallico Fe2Al5 (IMC) del 62% e lo spessore totale dell'IMC del 40%. Nella modalità di perforazione sono state osservate cricche e resistenza al taglio inferiore rispetto alla modalità di conduzione. Vale la pena notare che è stato osservato un significativo affinamento del grano nel cordone di saldatura quando il rapporto di potenza nucleo/anello era 0,5.
Quando r=0, viene generata solo la potenza del loop, mentre quando r=1 viene generata solo la potenza del core.
Diagramma schematico del rapporto di potenza r tra fascio gaussiano e fascio anulare
(a) Dispositivo di saldatura; (b) La profondità e la larghezza del profilo di saldatura; (c) Diagramma schematico della visualizzazione delle impostazioni del campione e dell'apparecchio
Test MC: solo nel caso del fascio gaussiano, il cordone di saldatura è inizialmente in modalità di conduzione superficiale (ID 1 e 2), quindi passa alla modalità lockhole parzialmente penetrante (ID 3-5), con la comparsa di evidenti crepe. Quando la potenza dell'anello è aumentata da 0 a 1000 W, non si sono verificate crepe evidenti all'ID 7 e la profondità di arricchimento del ferro era relativamente piccola. Quando la potenza dell'anello aumenta a 2000 e 2500 W (ID 9 e 10), la profondità della zona ricca di ferro aumenta. Cracking eccessivo con potenza dell'anello di 2500 W (ID 10).
Test MR: quando la potenza del nucleo è compresa tra 500 e 1000 W (ID 11 e 12), il cordone di saldatura è in modalità di conduzione; Confrontando ID 12 e ID 7, sebbene la potenza totale (6000w) sia la stessa, ID 7 implementa una modalità lockhole. Ciò è dovuto alla significativa diminuzione della densità di potenza all'ID 12 dovuta alla caratteristica del circuito dominante (r=0,2). Quando la potenza totale raggiunge i 7500 W (ID 15), è possibile raggiungere la modalità a penetrazione completa e, rispetto ai 6000 W utilizzati nell'ID 7, la potenza della modalità a penetrazione completa aumenta in modo significativo.
Test IC: la modalità condotta (ID 16 e 17) è stata ottenuta con una potenza del core di 1500 W e una potenza dell'anello di 3000 W e 3500 W. Quando la potenza del nucleo è di 3000 W e la potenza dell'anello è compresa tra 1500 W e 2500 W (ID 19-20), appaiono evidenti crepe nell'interfaccia tra ferro ricco e alluminio ricco, formando uno schema di piccoli fori penetranti localmente. Quando la potenza dell'anello è 3000 e 3500 W (ID 21 e 22), ottenere la modalità buco della serratura a penetrazione completa.
Immagini in sezione trasversale rappresentative di ciascuna identificazione di saldatura al microscopio ottico
Figura 4. (a) La relazione tra carico di rottura a trazione (UTS) e rapporto di potenza nelle prove di saldatura; (b) La potenza totale di tutte le prove di saldatura
Figura 5. (a) Relazione tra proporzioni e UTS; (b) La relazione tra estensione e profondità di penetrazione e UTS; (c) Densità di potenza per tutte le prove di saldatura
Figura 6. (ac) Mappa del contorno della rientranza della microdurezza Vickers; (df) Spettri chimici SEM-EDS corrispondenti per la saldatura in modalità di conduzione rappresentativa; (g) Rappresentazione schematica dell'interfaccia tra acciaio e alluminio; (h) Fe2Al5 e spessore IMC totale delle saldature in modalità conduttiva
Figura 7. (ac) Mappa del contorno dell'indentazione di microdurezza Vickers; (df) Spettro chimico SEM-EDS corrispondente per la saldatura rappresentativa in modalità di perforazione a penetrazione locale
Figura 8. (ac) Mappa del contorno della rientranza della microdurezza Vickers; (df) Spettro chimico SEM-EDS corrispondente per una saldatura rappresentativa in modalità di perforazione a piena penetrazione
Figura 9. Il grafico EBSD mostra la dimensione dei grani della regione ricca di ferro (piastra superiore) nel test in modalità perforazione a penetrazione completa e quantifica la distribuzione delle dimensioni dei grani
Figura 10. Spettri SEM-EDS dell'interfaccia tra ferro ricco e alluminio ricco
Questo studio ha studiato gli effetti del laser ARM sulla formazione, la microstruttura e le proprietà meccaniche dell'IMC nei giunti saldati a sovrapposizione dissimili in lega di alluminio IF acciaio-1050. Lo studio ha considerato tre modalità di saldatura (modalità di conduzione, modalità di penetrazione locale e modalità di penetrazione completa) e tre forme di raggio laser selezionate (raggio gaussiano, raggio anulare e raggio anulare gaussiano). I risultati della ricerca indicano che la selezione del rapporto di potenza appropriato tra fascio gaussiano e fascio anulare è un parametro chiave per controllare la formazione e la microstruttura del carbonio modale interno, massimizzando così le proprietà meccaniche della saldatura. In modalità di conduzione, un raggio circolare con un rapporto di potenza di 0,2 fornisce la migliore forza di saldatura (efficienza del giunto 71%). Nella modalità di perforazione, il raggio gaussiano produce una maggiore profondità di saldatura e un rapporto d'aspetto più elevato, ma l'intensità della saldatura è significativamente ridotta. La trave anulare con un rapporto di potenza di 0,5 ha un impatto significativo sull'affinamento dei grani laterali dell'acciaio nel cordone di saldatura. Ciò è dovuto alla temperatura di picco più bassa del fascio anulare che porta ad una velocità di raffreddamento più rapida e all’effetto di limitazione della crescita della migrazione del soluto di Al verso la parte superiore del cordone di saldatura sulla struttura del grano. Esiste una forte correlazione tra la microdurezza Vickers e la previsione di Thermo Calc della percentuale del volume della fase. Maggiore è la percentuale in volume di Fe4Al13, maggiore è la microdurezza.
Orario di pubblicazione: 25 gennaio 2024
