Al conectar acero con aluminio, la reacción entre los átomos de Fe y Al durante el proceso de conexión forma compuestos intermetálicos frágiles (IMC). La presencia de estos IMC limita la resistencia mecánica de la conexión, por lo que es necesario controlar la cantidad de estos compuestos. La razón de la formación de IMC es que la solubilidad del Fe en Al es pobre. Si excede cierta cantidad, puede afectar las propiedades mecánicas de la soldadura. Los IMC tienen propiedades únicas como dureza, ductilidad y tenacidad limitadas y características morfológicas. La investigación ha encontrado que, en comparación con otros IMC, la capa de IMC Fe2Al5 se considera la más frágil (11,8± 1,8 GPa) fase IMC, y también es la razón principal de la disminución de las propiedades mecánicas debido a fallas de soldadura. Este artículo investiga el proceso de soldadura láser remota de acero IF y aluminio 1050 utilizando un láser de modo de anillo ajustable, e investiga en profundidad la influencia de la forma del rayo láser en la formación de compuestos intermetálicos y las propiedades mecánicas. Al ajustar la relación de potencia núcleo/anillo, se descubrió que en el modo de conducción, una relación de potencia núcleo/anillo de 0,2 puede lograr una mejor superficie de unión de la interfaz de soldadura y reducir significativamente el espesor de Fe2Al5 IMC, mejorando así la resistencia al corte de la unión. .
Este artículo presenta la influencia del láser de modo de anillo ajustable en la formación de compuestos intermetálicos y las propiedades mecánicas durante la soldadura láser remota de acero IF y aluminio 1050. Los resultados de la investigación indican que, en modo de conducción, una relación de potencia núcleo/anillo de 0,2 proporciona una mayor superficie de unión de la interfaz de soldadura, lo que se refleja en una resistencia al corte máxima de 97,6 N/mm2 (eficiencia de la unión del 71%). Además, en comparación con las vigas gaussianas con una relación de potencia superior a 1, esto reduce significativamente el espesor del compuesto intermetálico (IMC) Fe2Al5 en un 62% y el espesor total del IMC en un 40%. En el modo de perforación se observaron grietas y menor resistencia al corte en comparación con el modo de conducción. Vale la pena señalar que se observó un refinamiento de grano significativo en la costura de soldadura cuando la relación de potencia núcleo/anillo era de 0,5.
Cuando r=0, solo se genera energía del bucle, mientras que cuando r=1, solo se genera energía del núcleo.
Diagrama esquemático de la relación de potencia r entre haz gaussiano y haz anular
(a) Dispositivo de soldadura; (b) La profundidad y el ancho del perfil de soldadura; (c) Diagrama esquemático de visualización de configuraciones de muestra y accesorios.
Prueba MC: solo en el caso de la viga gaussiana, la costura de soldadura está inicialmente en modo de conducción poco profunda (ID 1 y 2), y luego pasa al modo de bloqueo parcialmente penetrante (ID 3-5), con la aparición de grietas obvias. Cuando la potencia del anillo aumentó de 0 a 1000 W, no hubo grietas obvias en ID 7 y la profundidad del enriquecimiento de hierro fue relativamente pequeña. Cuando la potencia del anillo aumenta a 2000 y 2500 W (ID 9 y 10), aumenta la profundidad de la zona rica en hierro. Grietas excesivas con una potencia de anillo de 2500 W (ID 10).
Prueba de RM: cuando la potencia del núcleo está entre 500 y 1000 W (ID 11 y 12), la costura de soldadura está en modo de conducción; Comparando el ID 12 y el ID 7, aunque la potencia total (6000w) es la misma, el ID 7 implementa un modo de orificio de bloqueo. Esto se debe a la disminución significativa en la densidad de potencia en ID 12 debido a la característica de bucle dominante (r=0,2). Cuando la potencia total alcanza los 7500 W (ID 15), se puede lograr el modo de penetración total y, en comparación con los 6000 W utilizados en ID 7, la potencia del modo de penetración total aumenta significativamente.
Prueba de IC: el modo conducido (ID 16 y 17) se logró con una potencia central de 1500 w y una potencia de anillo de 3000 w y 3500 w. Cuando la potencia del núcleo es de 3000w y la potencia del anillo está entre 1500w y 2500w (ID 19-20), aparecen grietas obvias en la interfaz entre el hierro rico y el aluminio rico, formando un patrón de pequeños orificios penetrantes locales. Cuando la potencia del anillo es de 3000 y 3500w (ID 21 y 22), logra el modo de cerradura de penetración total.
Imágenes transversales representativas de cada identificación de soldadura bajo un microscopio óptico.
Figura 4. (a) La relación entre la resistencia máxima a la tracción (UTS) y la relación de potencia en pruebas de soldadura; (b) La potencia total de todas las pruebas de soldadura.
Figura 5. (a) Relación entre relación de aspecto y UTS; (b) La relación entre extensión y profundidad de penetración y UTS; (c) Densidad de potencia para todas las pruebas de soldadura.
Figura 6. (ac) Mapa de contorno de indentación de microdureza Vickers; (df) Espectros químicos SEM-EDS correspondientes para soldadura en modo de conducción representativa; (g) Diagrama esquemático de la interfaz entre el acero y el aluminio; (h) Fe2Al5 y espesor IMC total de soldaduras en modo conductor
Figura 7. (ac) Mapa de contorno de indentación de microdureza Vickers; (df) Espectro químico SEM-EDS correspondiente para soldadura en modo de perforación de penetración local representativa
Figura 8. (ac) Mapa de contorno de indentación de microdureza Vickers; (df) Espectro químico SEM-EDS correspondiente para soldadura representativa en modo de perforación de penetración total
Figura 9. El gráfico EBSD muestra el tamaño de grano de la región rica en hierro (placa superior) en la prueba del modo de perforación de penetración total y cuantifica la distribución del tamaño de grano.
Figura 10. Espectros SEM-EDS de la interfaz entre hierro rico y aluminio rico
Este estudio investigó los efectos del láser ARM en la formación, la microestructura y las propiedades mecánicas de IMC en uniones soldadas por solape diferentes de aleación de aluminio IF-1050. El estudio consideró tres modos de soldadura (modo de conducción, modo de penetración local y modo de penetración total) y tres formas de haz láser seleccionadas (haz gaussiano, haz anular y haz anular gaussiano). Los resultados de la investigación indican que seleccionar la relación de potencia adecuada entre el haz gaussiano y el haz anular es un parámetro clave para controlar la formación y la microestructura del carbono modal interno, maximizando así las propiedades mecánicas de la soldadura. En modo de conducción, un haz circular con una relación de potencia de 0,2 proporciona la mejor resistencia de soldadura (71 % de eficiencia de la unión). En el modo de perforación, el haz gaussiano produce una mayor profundidad de soldadura y una mayor relación de aspecto, pero la intensidad de la soldadura se reduce significativamente. La viga anular con una relación de potencia de 0,5 tiene un impacto significativo en el refinamiento de las vetas laterales del acero en la costura de soldadura. Esto se debe a la temperatura máxima más baja de la viga anular que conduce a una velocidad de enfriamiento más rápida y al efecto de restricción del crecimiento de la migración del soluto de Al hacia la parte superior de la costura de soldadura en la estructura del grano. Existe una fuerte correlación entre la microdureza Vickers y la predicción de Thermo Calc del porcentaje de volumen de fase. Cuanto mayor sea el porcentaje en volumen de Fe4Al13, mayor será la microdureza.
Hora de publicación: 25 de enero de 2024
