Khi nối thép với nhôm, phản ứng giữa các nguyên tử Fe và Al trong quá trình kết nối tạo thành các hợp chất liên kim loại giòn (IMC). Sự hiện diện của các IMC này làm hạn chế độ bền cơ học của kết nối, do đó cần kiểm soát số lượng các hợp chất này. Nguyên nhân hình thành IMC là do độ hòa tan của Fe trong Al kém. Nếu vượt quá một lượng nhất định có thể ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của mối hàn. IMC có các đặc tính độc đáo như độ cứng, độ dẻo và độ dẻo dai hạn chế cũng như các đặc điểm hình thái. Nghiên cứu đã phát hiện ra rằng so với các IMC khác, lớp IMC Fe2Al5 được nhiều người coi là giòn nhất (11,8± 1,8 GPa) pha IMC, và cũng là nguyên nhân chính làm giảm tính chất cơ học do hỏng mối hàn. Bài báo nghiên cứu quá trình hàn laser từ xa thép IF và nhôm 1050 sử dụng laser chế độ vòng điều chỉnh, đồng thời nghiên cứu sâu ảnh hưởng của hình dạng chùm tia laser đến sự hình thành các hợp chất liên kim loại và tính chất cơ học. Bằng cách điều chỉnh tỷ lệ công suất lõi/vòng, người ta nhận thấy rằng ở chế độ dẫn, tỷ lệ công suất lõi/vòng 0,2 có thể đạt được diện tích bề mặt liên kết giao diện mối hàn tốt hơn và giảm đáng kể độ dày của Fe2Al5 IMC, từ đó cải thiện độ bền cắt của mối nối. .
Bài viết này giới thiệu ảnh hưởng của laser chế độ vòng điều chỉnh đến sự hình thành các hợp chất liên kim loại và tính chất cơ học trong quá trình hàn laser từ xa thép IF và nhôm 1050. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng ở chế độ dẫn, tỷ lệ công suất lõi/vòng 0,2 mang lại diện tích bề mặt liên kết giao diện mối hàn lớn hơn, được phản ánh bởi cường độ cắt tối đa là 97,6 N/mm2 (hiệu suất mối hàn là 71%). Ngoài ra, so với chùm Gaussian có tỷ số công suất lớn hơn 1, điều này làm giảm đáng kể độ dày của hợp chất liên kim loại Fe2Al5 (IMC) xuống 62% và tổng độ dày IMC xuống 40%. Ở chế độ thủng, quan sát thấy các vết nứt và độ bền cắt thấp hơn so với chế độ dẫn điện. Điều đáng chú ý là sự tinh lọc hạt đáng kể đã được quan sát thấy trong đường hàn khi tỷ số công suất lõi/vòng là 0,5.
Khi r=0, chỉ có công suất vòng lặp được tạo ra, trong khi khi r=1, chỉ có công suất lõi được tạo ra.
Sơ đồ tỉ số công suất r giữa chùm tia Gauss và chùm tia hình khuyên
a) Thiết bị hàn; (b) Chiều sâu và chiều rộng của đường hàn; (c) Sơ đồ hiển thị cài đặt mẫu và vật cố định
Kiểm tra MC: Chỉ trong trường hợp chùm tia Gaussian, đường hàn ban đầu ở chế độ dẫn nông (ID 1 và 2), sau đó chuyển sang chế độ lỗ khóa xuyên một phần (ID 3-5), xuất hiện các vết nứt rõ ràng. Khi công suất vòng tăng từ 0 lên 1000 W, không có vết nứt rõ ràng nào ở ID 7 và độ sâu làm giàu sắt tương đối nhỏ. Khi công suất vòng tăng lên 2000 và 2500 W (ID 9 và 10), độ sâu của vùng giàu sắt tăng lên. Nứt quá mức ở công suất vòng 2500w (ID 10).
Kiểm tra MR: Khi công suất lõi nằm trong khoảng từ 500 đến 1000 W (ID 11 và 12), đường hàn ở chế độ dẫn điện; So sánh ID 12 và ID 7, mặc dù tổng công suất (6000w) là như nhau nhưng ID 7 thực hiện chế độ lỗ khóa. Điều này là do mật độ công suất giảm đáng kể ở ID 12 do đặc tính vòng lặp chiếm ưu thế (r=0,2). Khi tổng công suất đạt 7500 W (ID 15), có thể đạt được chế độ xuyên thấu hoàn toàn và so với 6000 W được sử dụng trong ID 7, công suất của chế độ xuyên thấu hoàn toàn tăng lên đáng kể.
Kiểm tra IC: Chế độ dẫn điện (ID 16 và 17) đạt được ở công suất lõi 1500w và công suất vòng 3000w và 3500w. Khi công suất lõi là 3000w và công suất vòng trong khoảng từ 1500w đến 2500w (ID 19-20), các vết nứt rõ ràng xuất hiện ở bề mặt tiếp xúc giữa giàu sắt và nhôm giàu, tạo thành kiểu lỗ nhỏ xuyên thấu cục bộ. Khi công suất vòng là 3000 và 3500w (ID 21 và 22), hãy đạt được chế độ lỗ khóa xuyên thấu hoàn toàn.
Hình ảnh cắt ngang đại diện của từng nhận dạng hàn dưới kính hiển vi quang học
Hình 4. (a) Mối quan hệ giữa độ bền kéo giới hạn (UTS) và tỷ số công suất trong các thử nghiệm hàn; (b) Tổng công suất của tất cả các thử nghiệm hàn
Hình 5. (a) Mối quan hệ giữa tỷ lệ khung hình và UTS; (b) Mối quan hệ giữa độ mở rộng, độ sâu thâm nhập và UTS; (c) Mật độ công suất cho tất cả các thử nghiệm hàn
Hình 6. (ac) Bản đồ đường viền vết lõm độ cứng vi mô Vickers; (df) Phổ hóa học SEM-EDS tương ứng cho hàn chế độ dẫn đại diện; (g) Sơ đồ tiếp xúc giữa thép và nhôm; (h) Fe2Al5 và tổng độ dày IMC của mối hàn chế độ dẫn điện
Hình 7. (ac) Bản đồ đường viền vết lõm độ cứng vi mô Vickers; (df) Phổ hóa học SEM-EDS tương ứng cho hàn chế độ xuyên thấu cục bộ đại diện
Hình 8. (ac) Bản đồ đường viền vết lõm độ cứng vi mô Vickers; (df) Phổ hóa học SEM-EDS tương ứng cho hàn chế độ xuyên thấu hoàn toàn đại diện
Hình 9. Biểu đồ EBSD thể hiện kích thước hạt của vùng giàu sắt (tấm trên) trong thử nghiệm chế độ xuyên thấu hoàn toàn và định lượng sự phân bổ kích thước hạt
Hình 10. Phổ SEM-EDS của bề mặt tiếp xúc giữa giàu sắt và giàu nhôm
Nghiên cứu này nghiên cứu ảnh hưởng của laser ARM lên sự hình thành, cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của IMC trong các mối hàn chồng lớp khác nhau bằng hợp kim nhôm IF thép-1050. Nghiên cứu đã xem xét ba chế độ hàn (chế độ dẫn, chế độ thâm nhập cục bộ và chế độ xuyên thấu hoàn toàn) và ba hình dạng chùm tia laser được chọn (chùm tia Gaussian, chùm tia hình khuyên và chùm tia hình khuyên Gaussian). Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng việc lựa chọn tỷ số công suất thích hợp của chùm tia Gaussian và chùm tia hình khuyên là thông số quan trọng để kiểm soát sự hình thành và vi cấu trúc của modal carbon bên trong, từ đó phát huy tối đa tính chất cơ lý của mối hàn. Ở chế độ dẫn, chùm tia tròn có tỷ số công suất 0,2 mang lại cường độ hàn tốt nhất (hiệu suất mối nối 71%). Ở chế độ đục lỗ, chùm tia Gaussian tạo ra độ sâu hàn lớn hơn và tỷ lệ khung hình cao hơn nhưng cường độ hàn giảm đáng kể. Chùm tia hình khuyên có tỷ số công suất 0,5 có tác động đáng kể đến quá trình sàng lọc các thớ thép bên trong đường hàn. Điều này là do nhiệt độ đỉnh của chùm tia hình khuyên thấp hơn dẫn đến tốc độ làm nguội nhanh hơn và tác động hạn chế tăng trưởng của sự di chuyển của chất tan Al về phần trên của đường hàn trên cấu trúc hạt. Có mối tương quan chặt chẽ giữa độ cứng vi mô của Vickers và dự đoán về phần trăm thể tích pha của Thermo Calc. Phần trăm thể tích của Fe4Al13 càng lớn thì độ cứng tế vi càng cao.
Thời gian đăng: Jan-25-2024
