Beim Verbindung vu Stol mat Aluminium bildt d'Reaktioun tëscht Fe- an Al-Atomer während dem Verbindungsprozess brécheg Intermetallverbindungen (IMCs). D'Präsenz vun dësen IMCs limitéiert d'mechanesch Stäerkt vun der Verbindung, dofir ass et néideg d'Quantitéit vun dëse Verbindungen ze kontrolléieren. De Grond fir d'Bildung vun IMCs ass, datt d'Léislechkeet vu Fe an Al schlecht ass. Wann se eng gewëssen Quantitéit iwwerschreit, kann et d'mechanesch Eegeschafte vun der Schweess beaflossen. IMCs hunn eenzegaarteg Eegeschafte wéi Häert, limitéiert Dehnbarkeet a Zähegkeet, a morphologesch Charakteristiken. Fuerschung huet festgestallt, datt am Verglach mat aneren IMCs d'Fe2Al5 IMC-Schicht allgemeng als déi bréchegst ugesi gëtt (11,8± 1,8 GPa) IMC-Phas, an ass och den Haaptgrond fir d'Verloscht vun de mechaneschen Eegeschafte wéinst Schweessausfall. Dësen Artikel ënnersicht de Fernlaser-Schweißprozess vun IF-Stol an 1050 Aluminium mat Hëllef vun engem justierbare Ringmoduslaser, an ënnersicht am Detail den Afloss vun der Laserstrahlform op d'Bildung vun intermetallesche Verbindungen a mechanesch Eegeschaften. Duerch d'Upassung vum Kär/Ring-Leeschtungsverhältnis gouf festgestallt, datt am Leitungsmodus e Kär/Ring-Leeschtungsverhältnis vun 0,2 eng besser Schweessgrenzverbindungsoberfläche erreeche kann an d'Dicke vum Fe2Al5 IMC däitlech reduzéiere kann, wouduerch d'Schéierfestigkeit vun der Verbindung verbessert gëtt.
Dësen Artikel stellt den Afloss vum justierbare Ringmoduslaser op d'Bildung vun intermetallesche Verbindungen a mechanesch Eegeschafte beim Fernlaserschweißen vun IF-Stol an 1050 Aluminium vir. D'Fuerschungsresultater weisen datt am Konduktivmodus e Kär/Ring-Leeschtungsverhältnis vun 0,2 eng méi grouss Schweessgrenzverbindungsfläche bitt, wat sech duerch eng maximal Scherfestigkeit vun 97,6 N/mm2 (Verbindungseffizienz vun 71%) reflektéiert. Zousätzlech reduzéiert dëst am Verglach mat Gauss-Träger mat engem Leeschtungsverhältnis vu méi wéi 1 d'Déckt vun der Fe2Al5 intermetallescher Verbindung (IMC) ëm 62% an déi total IMC-Déckt ëm 40% däitlech. Am Perforatiounsmodus goufen Rëss an eng méi niddreg Scherfestigkeit am Verglach zum Konduktivmodus observéiert. Et ass derwäert ze bemierken, datt eng bedeitend Kärverfeinerung an der Schweessnaht observéiert gouf, wann de Kär/Ring-Leeschtungsverhältnis 0,5 war.
Wann r=0 gëtt nëmme Schleifenleistung generéiert, während wann r=1 nëmmen Kärleistung generéiert gëtt.
Schematescht Diagramm vum Leeschtungsverhältnis r tëscht Gausseschem Stral a Ringstral
(a) Schweessapparat; (b) D'Déift an d'Breet vum Schweessprofil; (c) Schematesch Duerstellung vun der Astellung vu Proufen an Opbauelementer
MC-Test: Nëmmen am Fall vun engem Gauss-Strahl ass d'Schweißnaht ufanks am flaache Leetungsmodus (ID 1 an 2), an iwwergeet dann an de partiell penetréierende Lockhole-Modus (ID 3-5), mat offensichtleche Rëss. Wéi d'Ringleistung vun 0 op 1000 W eropgaangen ass, gouf et keng offensichtlech Rëss bei ID 7 an d'Déift vun der Eisenanreicherung war relativ kleng. Wéi d'Ringleistung op 2000 an 2500 W eropgaangen ass (ID 9 an 10), klëmmt d'Déift vun der räicher Eisenzon. Exzessiv Rëssbildung bei 2500 W Ringleistung (ID 10).
MR-Test: Wann d'Kärleistung tëscht 500 an 1000 W läit (ID 11 an 12), ass d'Schweißnaht am Konduktivitéitsmodus; Am Verglach mat ID 12 an ID 7, obwuel d'Gesamtleistung (6000 W) d'selwecht ass, implementéiert ID 7 e Lockhole-Modus. Dëst ass wéinst der bedeitender Ofsenkung vun der Leeschtungsdicht bei ID 12 wéinst der dominanter Schleifcharakteristik (r=0,2). Wann d'Gesamtleistung 7500 W erreecht (ID 15), kann de volle Penetratiounsmodus erreecht ginn, an am Verglach mat de 6000 W, déi an ID 7 benotzt ginn, ass d'Leistung vum volle Penetratiounsmodus däitlech erhéicht.
IC-Test: De geleete Modus (ID 16 an 17) gouf bei enger Kärleistung vun 1500 W an enger Ringleistung vun 3000 W an 3500 W erreecht. Wann d'Kärleistung 3000 W an d'Ringleistung tëscht 1500 W an 2500 W ass (ID 19-20), erschéngen offensichtlech Rëss op der Grenzfläch tëscht dem räiche Eisen an dem räiche Aluminium, wouduerch e lokalt penetréierend klengt Lächermuster entsteet. Wann d'Ringleistung 3000 an 3500 W ass (ID 21 an 22), gëtt de Schlëssellach-Modus mat voller Penetratioun erreecht.
Representativ Querschnittsbiller vun all Schweißidentifikatioun ënner engem optesche Mikroskop
Figur 4. (a) D'Bezéiung tëscht der maximaler Zuchfestigkeit (UTS) an dem Leeschtungsverhältnis bei Schweessetester; (b) Déi total Leeschtung vun alle Schweessetester
Figur 5. (a) Bezéiung tëscht Aspektverhältnis an UTS; (b) D'Bezéiung tëscht Ausdehnung an Duerchdréngungsdéift an UTS; (c) Leeschtungsdicht fir all Schweess Tester
Figur 6. (ac) Vickers-Mikrohärte-Indentatiounskonturkaart; (df) Entspriechend SEM-EDS-chemesch Spektre fir representativt Leetungsmodusschweißen; (g) Schematescht Diagramm vun der Grenzfläch tëscht Stol an Aluminium; (h) Fe2Al5 an total IMC-Déckt vun de leetungsmodusschweißen
Figur 7. (ac) Vickers-Mikrohärte-Indentatiounskonturkaart; (df) Entspriechend SEM-EDS-chemescht Spektrum fir representativ lokal Penetratiouns-Perforatiounsschweißen
Figur 8. (ac) Vickers-Mikrohärte-Indentatiounskonturkaart; (df) Entspriechend SEM-EDS-chemescht Spektrum fir representativ Vollpenetratiouns-Perforatiounsschweißen
Figur 9. Den EBSD-Diagramm weist d'Käregréisst vun der eisenräicher Regioun (ieweschter Plack) am Test am komplette Penetratiounsperforatiounsmodus a quantifizéiert d'Käregréisstverdeelung.
Figur 10. SEM-EDS-Spektre vun der Grenzfläch tëscht räichem Eisen a räichem Aluminium
Dës Studie huet d'Auswierkunge vum ARM-Laser op d'Bildung, d'Mikrostruktur an d'mechanesch Eegeschafte vun IMC a verschweißte Verbindungen aus verschiddene Schleifen aus IF-Stol-1050-Aluminiumlegierung ënnersicht. D'Studie huet dräi Schweessmodi (Leetungsmodus, lokalen Penetratiounsmodus a voller Penetratiounsmodus) an dräi ausgewielte Laserstrahlformen (Gaussesche Stral, ringfërmegen Stral a Gaussesche ringfërmegen Stral) berücksichtegt. D'Fuerschungsresultater weisen datt d'Auswiel vum passenden Leeschtungsverhältnis tëscht Gaussesche Stral a ringfërmegen Stral e Schlësselparameter ass fir d'Bildung an d'Mikrostruktur vum internen modale Kuelestoff ze kontrolléieren, wouduerch déi mechanesch Eegeschafte vun der Schweess maximéiert ginn. Am Leetungsmodus bitt e kreesfërmegen Stral mat engem Leeschtungsverhältnis vun 0,2 déi bescht Schweessstäerkt (71% Verbindungseffizienz). Am Perforatiounsmodus produzéiert de Gaussesche Stral eng méi grouss Schweessdéift an e méi héicht Aspektverhältnis, awer d'Schweessintensitéit gëtt däitlech reduzéiert. De ringfërmegen Stral mat engem Leeschtungsverhältnis vun 0,5 huet e wesentlechen Impakt op d'Verfeinerung vun de Stolsäitekären an der Schweessnaht. Dëst ass wéinst der méi niddreger Héchsttemperatur vum ringfërmege Balken, déi zu enger méi schneller Ofkillungsquote féiert, an dem Wuestumsrestriktiounseffekt vun der Al-Léisungsmigratioun Richtung den ieweschten Deel vun der Schweessnaht op d'Kärstruktur. Et gëtt eng staark Korrelatioun tëscht der Vickers-Mikrohärte an der Prognose vum Thermo Calc vum Phasenvolumenprozentsaz. Wat méi grouss de Volumenprozentsaz vum Fe4Al13 ass, wat méi héich d'Mikrohärte ass.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 25. Januar 2024
