Polad alüminiuma birləşdirildikdə, birləşmə prosesi zamanı Fe və Al atomları arasındakı reaksiya kövrək metallararası birləşmələr (MİM) əmələ gətirir. Bu MİM-lərin mövcudluğu birləşmənin mexaniki möhkəmliyini məhdudlaşdırır, buna görə də bu birləşmələrin miqdarına nəzarət etmək lazımdır. MİM-lərin əmələ gəlməsinin səbəbi, Fe-nin Al-da həllolma qabiliyyətinin zəif olmasıdır. Müəyyən bir miqdar aşarsa, qaynağın mexaniki xüsusiyyətlərinə təsir göstərə bilər. MİM-lər sərtlik, məhdud elastiklik və möhkəmlik, eləcə də morfoloji xüsusiyyətlər kimi unikal xüsusiyyətlərə malikdir. Tədqiqatlar göstərir ki, digər MİM-lərlə müqayisədə Fe2Al5 MİM təbəqəsi ən kövrək təbəqə hesab olunur (11.8± 1.8 GPa) IMC fazası və qaynaq çatışmazlığı səbəbindən mexaniki xüsusiyyətlərin azalmasının əsas səbəbidir. Bu məqalədə tənzimlənən halqa rejimli lazerdən istifadə edərək IF poladının və 1050 alüminiumunun uzaqdan lazerlə qaynaq prosesi araşdırılır və lazer şüası formasının intermetal birləşmələrin əmələ gəlməsinə və mexaniki xüsusiyyətlərə təsirini dərindən araşdırır. Nüvə/halqa güc nisbətini tənzimləməklə, keçiricilik rejimində 0.2-lik nüvə/halqa güc nisbətinin daha yaxşı qaynaq səthi birləşdirmə səthi sahəsinə nail ola biləcəyi və Fe2Al5 IMC-nin qalınlığını əhəmiyyətli dərəcədə azalda biləcəyi və bununla da birləşmənin kəsmə gücünü artırdığı aşkar edilmişdir.
Bu məqalədə tənzimlənən halqa rejimli lazerin IF polad və 1050 alüminiumun uzaqdan lazerlə qaynaqlanması zamanı metallararası birləşmələrin əmələ gəlməsinə və mexaniki xüsusiyyətlərə təsiri təqdim olunur. Tədqiqat nəticələri göstərir ki, keçiricilik rejimində 0,2 nüvə/halqa güc nisbəti daha böyük qaynaq səthi sahəsi təmin edir ki, bu da maksimum 97,6 N/mm2 kəsmə gücü ilə əks olunur (birləşmə səmərəliliyi 71%). Bundan əlavə, güc nisbəti 1-dən çox olan Qaus şüaları ilə müqayisədə bu, Fe2Al5 intermetal birləşməsinin (IMC) qalınlığını 62%, ümumi IMC qalınlığını isə 40% azaldır. Perforasiya rejimində keçiricilik rejimi ilə müqayisədə çatlar və daha aşağı kəsmə gücü müşahidə edilmişdir. Qeyd etmək lazımdır ki, nüvə/halqa güc nisbəti 0,5 olduqda qaynaq tikişində əhəmiyyətli dərəcədə dənəvər incəlik müşahidə edilmişdir.
r=0 olduqda, yalnız dövrə gücü, r=1 olduqda isə yalnız əsas güc yaranır.
Qaus şüası və halqavari şüa arasında güc nisbətinin r sxematik diaqramı
(a) Qaynaq cihazı; (b) Qaynaq profilinin dərinliyi və eni; (c) Nümunə və qurğu parametrlərinin göstərilməsinin sxematik diaqramı
MC sınağı: Yalnız Qaus şüası halında, qaynaq tikişi əvvəlcə dayaz keçiricilik rejimində olur (ID 1 və 2), sonra isə qismən nüfuz edən kilidləmə rejiminə keçir (ID 3-5), aşkar çatlar əmələ gəlir. Halqa gücü 0-dan 1000 Vt-a qədər artdıqda, ID 7-də aşkar çatlar yox idi və dəmirlə zənginləşmə dərinliyi nisbətən az idi. Halqa gücü 2000 və 2500 Vt-a qədər artdıqda (ID 9 və 10), zəngin dəmir zonasının dərinliyi artır. 2500 Vt halqa gücündə (ID 10) həddindən artıq çatlama.
MR testi: Əsas güc 500 ilə 1000 Vt arasında olduqda (ID 11 və 12), qaynaq tikişi keçiricilik rejimindədir; ID 12 və ID 7-ni müqayisə etdikdə, ümumi güc (6000 Vt) eyni olsa da, ID 7 kilidləmə dəliyi rejimini tətbiq edir. Bu, dominant dövrə xarakteristikası (r=0.2) səbəbindən ID 12-də güc sıxlığının əhəmiyyətli dərəcədə azalması ilə əlaqədardır. Ümumi güc 7500 Vt-a (ID 15) çatdıqda, tam nüfuzetmə rejiminə nail olmaq mümkündür və ID 7-də istifadə edilən 6000 Vt ilə müqayisədə tam nüfuzetmə rejiminin gücü əhəmiyyətli dərəcədə artır.
İnteraktiv cərəyan sınağı: Keçirici rejim (ID 16 və 17) 1500 vattlıq əsas gücdə və 3000 vatt və 3500 vattlıq halqa gücündə əldə edilmişdir. Nüvə gücü 3000 vatt, halqa gücü isə 1500 vatt və 2500 vatt arasında olduqda (ID 19-20), zəngin dəmir və zəngin alüminium arasındakı sərhəddə aşkar çatlar əmələ gəlir və yerli nüfuz edən kiçik dəlik nümunəsi əmələ gətirir. Halqa gücü 3000 və 3500 vatt olduqda (ID 21 və 22), tam nüfuz edən açar dəliyi rejiminə nail olun.
Optik mikroskop altında hər bir qaynaq identifikasiyasının təmsilçi en kəsik şəkilləri
Şəkil 4. (a) Qaynaq sınaqlarında son dartılma möhkəmliyi (UTS) ilə güc nisbəti arasındakı əlaqə; (b) Bütün qaynaq sınaqlarının ümumi gücü
Şəkil 5. (a) Aspekt nisbəti ilə UTS arasındakı əlaqə; (b) Genişlənmə və nüfuzetmə dərinliyi ilə UTS arasındakı əlaqə; (c) Bütün qaynaq sınaqları üçün güc sıxlığı
Şəkil 6. (ac) Vickers mikrosərtlik girinti kontur xəritəsi; (df) Təmsiledici keçirici rejim qaynağı üçün müvafiq SEM-EDS kimyəvi spektrləri; (g) Polad və alüminium arasındakı sərhədin sxematik diaqramı; (h) Keçirici rejim qaynaqlarının Fe2Al5 və ümumi IMC qalınlığı
Şəkil 7. (ac) Vickers mikrosərtlik girinti kontur xəritəsi; (df) Yerli nüfuzetmə perforasiya rejimində qaynaq üçün müvafiq SEM-EDS kimyəvi spektri
Şəkil 8. (ac) Vickers mikrosərtlik girinti kontur xəritəsi; (df) Tam nüfuzetmə perforasiya rejimində qaynaq üçün müvafiq SEM-EDS kimyəvi spektri
Şəkil 9. EBSD qrafiki, tam nüfuzetmə perforasiya rejimində dəmirlə zəngin bölgənin (üst lövhə) dənə ölçüsünü göstərir və dənə ölçüsü paylanmasını kəmiyyətləşdirir.
Şəkil 10. Zəngin dəmir və zəngin alüminium arasındakı sərhədin SEM-EDS spektrləri
Bu tədqiqat, IF polad-1050 alüminium ərintisindən fərqli dövrə qaynaq birləşmələrində ARM lazerinin IMC-nin əmələ gəlməsinə, mikrostrukturuna və mexaniki xüsusiyyətlərinə təsirini araşdırdı. Tədqiqatda üç qaynaq rejimi (keçiricilik rejimi, lokal nüfuzetmə rejimi və tam nüfuzetmə rejimi) və üç seçilmiş lazer şüası forması (Qauss şüası, halqalı şüa və Qauss halqalı şüa) nəzərdən keçirildi. Tədqiqat nəticələri göstərir ki, Qauss şüası və halqalı şüanın müvafiq güc nisbətinin seçilməsi daxili modal karbonun əmələ gəlməsini və mikrostrukturunu idarə etmək üçün əsas parametrdir və bununla da qaynağın mexaniki xüsusiyyətlərini maksimum dərəcədə artırır. Keçiricilik rejimində 0,2 güc nisbətinə malik dairəvi şüa ən yaxşı qaynaq möhkəmliyini təmin edir (71% birləşmə səmərəliliyi). Perforasiya rejimində Qauss şüası daha böyük qaynaq dərinliyi və daha yüksək aspekt nisbəti yaradır, lakin qaynaq intensivliyi əhəmiyyətli dərəcədə azalır. 0,5 güc nisbətinə malik halqalı şüa qaynaq tikişindəki polad yan dənəciklərinin incəlməsinə əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərir. Bu, halqavari şüanın daha aşağı pik temperaturunun daha sürətli soyuma sürətinə səbəb olması və Al həll olunmuş maddənin qaynaq tikişinin yuxarı hissəsinə doğru miqrasiyasının dənə quruluşuna böyüməni məhdudlaşdıran təsiri ilə əlaqədardır. Vickers mikrosərtliyi ilə Thermo Calc-ın faza həcm faizi proqnozu arasında güclü bir korrelyasiya var. Fe4Al13-ün həcm faizi nə qədər böyükdürsə, mikrosərtlik də bir o qədər yüksəkdir.
Yazı vaxtı: 25 Yanvar 2024
