Kur çeliku lidhet me aluminin, reaksioni midis atomeve të Fe dhe Al gjatë procesit të lidhjes formon komponime ndërmetalike të brishta (IMC). Prania e këtyre IMC-ve kufizon forcën mekanike të lidhjes, prandaj është e nevojshme të kontrollohet sasia e këtyre komponimeve. Arsyeja për formimin e IMC-ve është se tretshmëria e Fe në Al është e dobët. Nëse tejkalon një sasi të caktuar, kjo mund të ndikojë në vetitë mekanike të saldimit. IMC-të kanë veti unike siç janë fortësia, duktiliteti dhe qëndrueshmëria e kufizuar, si dhe tipare morfologjike. Hulumtimet kanë zbuluar se krahasuar me IMC-të e tjera, shtresa Fe2Al5 IMC konsiderohet gjerësisht si më e brishta (11.8± 1.8 GPa) faza IMC, dhe është gjithashtu arsyeja kryesore për uljen e vetive mekanike për shkak të dështimit të saldimit. Ky punim heton procesin e saldimit me lazer në distancë të çelikut IF dhe aluminit 1050 duke përdorur një lazer me modalitet unazor të rregullueshëm, dhe heton në thellësi ndikimin e formës së rrezes lazer në formimin e përbërjeve ndërmetalike dhe vetive mekanike. Duke rregulluar raportin e fuqisë bërthamë/unazë, u zbulua se në modalitetin e përçueshmërisë, një raport fuqie bërthamë/unazë prej 0.2 mund të arrijë një sipërfaqe më të mirë të lidhjes së ndërfaqes së saldimit dhe të zvogëlojë ndjeshëm trashësinë e Fe2Al5 IMC, duke përmirësuar kështu rezistencën ndaj prerjes së nyjes.
Ky artikull prezanton ndikimin e lazerit me modalitet unazor të rregullueshëm në formimin e përbërjeve ndërmetalike dhe vetive mekanike gjatë saldimit me lazer në distancë të çelikut IF dhe aluminit 1050. Rezultatet e hulumtimit tregojnë se në modalitetin e përçueshmërisë, një raport fuqie bërthamë/unazë prej 0.2 siguron një sipërfaqe më të madhe të lidhjes së ndërfaqes së saldimit, e cila reflektohet nga një rezistencë maksimale ndaj prerjes prej 97.6 N/mm2 (efikasitet i bashkimit prej 71%). Përveç kësaj, krahasuar me trarët Gaussian me një raport fuqie më të madh se 1, kjo zvogëlon ndjeshëm trashësinë e përbërjes ndërmetalike Fe2Al5 (IMC) me 62% dhe trashësinë totale të IMC me 40%. Në modalitetin e perforimit, u vunë re çarje dhe rezistencë ndaj prerjes më e ulët krahasuar me modalitetin e përçueshmërisë. Vlen të përmendet se u vu re rafinim i konsiderueshëm i kokrrizave në shtresën e saldimit kur raporti i fuqisë bërthamë/unazë ishte 0.5.
Kur r=0, gjenerohet vetëm fuqia e lakut, ndërsa kur r=1, gjenerohet vetëm fuqia e bërthamës.
Diagrami skematik i raportit të fuqisë r midis rrezes Gausiane dhe rrezes unazore
(a) Pajisje saldimi; (b) Thellësia dhe gjerësia e profilit të saldimit; (c) Diagrami skematik i shfaqjes së mostrës dhe cilësimeve të pajisjeve
Testi MC: Vetëm në rastin e trarit Gaussian, shtresa e saldimit është fillimisht në modalitetin e përçueshmërisë së cekët (ID 1 dhe 2), dhe më pas kalon në modalitetin e vrimës së kyçur pjesërisht depërtuese (ID 3-5), me shfaqjen e çarjeve të dukshme. Kur fuqia e unazës u rrit nga 0 në 1000 W, nuk kishte çarje të dukshme në ID 7 dhe thellësia e pasurimit të hekurit ishte relativisht e vogël. Kur fuqia e unazës rritet në 2000 dhe 2500 W (ID 9 dhe 10), thellësia e zonës së pasur me hekur rritet. Çarje e tepërt në fuqi unaze 2500w (ID 10).
Testi MR: Kur fuqia e bërthamës është midis 500 dhe 1000 W (ID 11 dhe 12), shtresa e saldimit është në modalitetin e përçueshmërisë; Duke krahasuar ID 12 dhe ID 7, megjithëse fuqia totale (6000 W) është e njëjtë, ID 7 zbaton një modalitet të vrimës së kyçjes. Kjo për shkak të rënies së ndjeshme të dendësisë së fuqisë në ID 12 për shkak të karakteristikës së lakut dominues (r=0.2). Kur fuqia totale arrin 7500 W (ID 15), mund të arrihet modaliteti i depërtimit të plotë, dhe krahasuar me 6000 W të përdorur në ID 7, fuqia e modalitetit të depërtimit të plotë rritet ndjeshëm.
Testi i IC-së: Modaliteti i përçuar (ID 16 dhe 17) u arrit me fuqi bërthame 1500w dhe fuqi unaze 3000w dhe 3500w. Kur fuqia e bërthamës është 3000w dhe fuqia e unazës është midis 1500w dhe 2500w (ID 19-20), shfaqen çarje të dukshme në ndërfaqen midis hekurit të pasur dhe aluminit të pasur, duke formuar një model lokal të vrimave të vogla depërtuese. Kur fuqia e unazës është 3000 dhe 3500w (ID 21 dhe 22), arrihet modaliteti i depërtimit të plotë të vrimës së çelësit.
Imazhe përfaqësuese të prerjes tërthore të çdo identifikimi të saldimit nën një mikroskop optik
Figura 4. (a) Marrëdhënia midis rezistencës maksimale në tërheqje (UTS) dhe raportit të fuqisë në testet e saldimit; (b) Fuqia totale e të gjitha testeve të saldimit
Figura 5. (a) Marrëdhënia midis raportit të aspektit dhe UTS; (b) Marrëdhënia midis zgjatjes dhe thellësisë së depërtimit dhe UTS; (c) Dendësia e fuqisë për të gjitha testet e saldimit
Figura 6. (ac) Harta e konturit të indentacionit të mikrofortësisë së Vickers; (df) Spektrat kimikë përkatës SEM-EDS për saldim përfaqësues në modalitetin e përçueshmërisë; (g) Diagrama skematike e ndërfaqes midis çelikut dhe aluminit; (h) Fe2Al5 dhe trashësia totale IMC e saldimeve në modalitetin e përçueshmërisë
Figura 7. (ac) Harta e konturit të indentacionit të mikrofortësisë së Vickers; (df) Spektri kimik përkatës SEM-EDS për saldim përfaqësues me modalitet perforimi me depërtim lokal
Figura 8. (ac) Harta e konturit të indentacionit të mikrofortësisë së Vickers; (df) Spektri kimik përkatës SEM-EDS për saldim përfaqësues me perforim me depërtim të plotë
Figura 9. Grafiku EBSD tregon madhësinë e kokrrizave të rajonit të pasur me hekur (pllaka e sipërme) në provën e mënyrës së shpimit me depërtim të plotë dhe përcakton sasinë e shpërndarjes së madhësisë së kokrrizave.
Figura 10. Spektrat SEM-EDS të ndërfaqes midis hekurit të pasur dhe aluminit të pasur
Ky studim hetoi efektet e lazerit ARM në formimin, mikrostrukturën dhe vetitë mekanike të IMC në nyjet e salduara me rrathë të ndryshëm të aliazhit të aluminit IF çelik-1050. Studimi mori në konsideratë tre mënyra saldimi (modaliteti i përçueshmërisë, mënyra e depërtimit lokal dhe mënyra e depërtimit të plotë) dhe tre forma të zgjedhura të rrezes lazer (rrezja Gaussian, rrezja unazore dhe rrezja unazore Gaussian). Rezultatet e hulumtimit tregojnë se zgjedhja e raportit të duhur të fuqisë së rrezes Gaussian dhe rrezes unazore është një parametër kyç për kontrollin e formimit dhe mikrostrukturës së karbonit modal të brendshëm, duke maksimizuar kështu vetitë mekanike të saldimit. Në modalitetin e përçueshmërisë, një rreze rrethore me një raport fuqie prej 0.2 siguron forcën më të mirë të saldimit (71% efikasitet i bashkimit). Në modalitetin e shpimit, rrezja Gaussian prodhon thellësi më të madhe saldimi dhe raport aspekti më të lartë, por intensiteti i saldimit zvogëlohet ndjeshëm. Rrezja unazore me një raport fuqie prej 0.5 ka një ndikim të rëndësishëm në rafinimin e kokrrizave anësore të çelikut në shtresën e saldimit. Kjo për shkak të temperaturës më të ulët maksimale të trarit unazor që çon në një shkallë më të shpejtë ftohjeje, dhe efektit të kufizimit të rritjes së migrimit të tretësirës së Al drejt pjesës së sipërme të shtresës së saldimit në strukturën e kokrrizave. Ekziston një korrelacion i fortë midis mikrofortësisë së Vickers dhe parashikimit të Thermo Calc për përqindjen e vëllimit të fazës. Sa më e madhe të jetë përqindja e vëllimit të Fe4Al13, aq më e lartë është mikrofortësia.
Koha e postimit: 25 janar 2024
