Ao conectar o aço ao alumínio, a reação entre os átomos de Fe e Al durante o processo de conexão forma compostos intermetálicos frágeis (IMCs). A presença destes IMCs limita a resistência mecânica da ligação, portanto é necessário controlar a quantidade destes compostos. A razão para a formação de IMCs é que a solubilidade do Fe em Al é baixa. Se exceder um determinado valor, poderá afetar as propriedades mecânicas da solda. Os IMCs têm propriedades únicas, como dureza, ductilidade e tenacidade limitadas e características morfológicas. A pesquisa descobriu que, em comparação com outros IMCs, a camada Fe2Al5 IMC é amplamente considerada a mais frágil (11,8± 1,8 GPa) fase IMC, sendo também o principal motivo da diminuição das propriedades mecânicas devido a falhas de soldagem. Este artigo investiga o processo de soldagem remota a laser de aço IF e alumínio 1050 usando um laser de modo de anel ajustável, e investiga em profundidade a influência do formato do feixe de laser na formação de compostos intermetálicos e propriedades mecânicas. Ao ajustar a relação de potência núcleo/anel, descobriu-se que no modo de condução, uma relação de potência núcleo/anel de 0,2 pode alcançar uma melhor área de superfície de ligação da interface de solda e reduzir significativamente a espessura do Fe2Al5 IMC, melhorando assim a resistência ao cisalhamento da junta .
Este artigo apresenta a influência do laser em modo de anel ajustável na formação de compostos intermetálicos e propriedades mecânicas durante a soldagem remota a laser de aço IF e alumínio 1050. Os resultados da pesquisa indicam que no modo de condução, uma relação de potência núcleo/anel de 0,2 proporciona uma maior área de superfície de ligação da interface de solda, o que é refletido por uma resistência ao cisalhamento máxima de 97,6 N/mm2 (eficiência da junta de 71%). Além disso, em comparação com feixes gaussianos com relação de potência superior a 1, isso reduz significativamente a espessura do composto intermetálico Fe2Al5 (IMC) em 62% e a espessura total do IMC em 40%. No modo perfuração foram observadas trincas e menor resistência ao cisalhamento em relação ao modo condução. Vale ressaltar que foi observado refinamento significativo do grão na solda quando a relação núcleo/anel foi de 0,5.
Quando r=0, apenas a energia do loop é gerada, enquanto quando r=1, apenas a energia do núcleo é gerada.
Diagrama esquemático da relação de potência r entre o feixe gaussiano e o feixe anular
(a) Dispositivo de soldagem; (b) A profundidade e largura do perfil de solda; (c) Diagrama esquemático de exibição de configurações de amostra e acessório
Teste MC: Somente no caso da viga gaussiana, a costura de solda está inicialmente no modo de condução rasa (ID 1 e 2) e depois transita para o modo lockhole parcialmente penetrante (ID 3-5), com o aparecimento de trincas óbvias. Quando a potência do anel aumentou de 0 para 1000 W, não houve rachaduras óbvias no ID 7 e a profundidade do enriquecimento de ferro foi relativamente pequena. Quando a potência do anel aumenta para 2.000 e 2.500 W (IDs 9 e 10), a profundidade da zona rica em ferro aumenta. Rachadura excessiva na potência do anel de 2500 W (ID 10).
Teste MR: Quando a potência do núcleo está entre 500 e 1000 W (ID 11 e 12), a costura de solda está em modo de condução; Comparando o ID 12 e o ID 7, embora a potência total (6000w) seja a mesma, o ID 7 implementa um modo lock hole. Isto se deve à diminuição significativa na densidade de potência no ID 12 devido à característica de loop dominante (r=0,2). Quando a potência total atinge 7.500 W (ID 15), o modo de penetração total pode ser alcançado e, em comparação com os 6.000 W usados no ID 7, a potência do modo de penetração total é significativamente aumentada.
Teste IC: O modo conduzido (ID 16 e 17) foi alcançado com potência de núcleo de 1.500 W e potência de anel de 3.000 W e 3.500 W. Quando a potência do núcleo é de 3.000 W e a potência do anel está entre 1.500 W e 2.500 W (ID 19-20), rachaduras óbvias aparecem na interface entre o ferro rico e o alumínio rico, formando um padrão de pequenos furos penetrantes locais. Quando a potência do anel for 3.000 e 3.500 W (ID 21 e 22), obtenha o modo de fechadura de penetração total.
Imagens representativas de cortes transversais de cada identificação de soldagem sob um microscópio óptico
Figura 4. (a) Relação entre resistência última à tração (UTS) e relação de potência em testes de soldagem; (b) A potência total de todos os testes de soldagem
Figura 5. (a) Relação entre proporção e UTS; (b) A relação entre extensão e profundidade de penetração e UTS; (c) Densidade de potência para todos os testes de soldagem
Figura 6. (ac) Mapa de contorno de indentação de microdureza Vickers; (df) Espectros químicos SEM-EDS correspondentes para soldagem representativa no modo de condução; (g) Diagrama esquemático da interface entre aço e alumínio; (h) Fe2Al5 e espessura IMC total de soldas em modo condutivo
Figura 7. (ac) Mapa de contorno de indentação de microdureza Vickers; (df) Espectro químico SEM-EDS correspondente para soldagem representativa no modo de perfuração por penetração local
Figura 8. (ac) Mapa de contorno de indentação de microdureza Vickers; (df) Espectro químico SEM-EDS correspondente para soldagem representativa no modo de perfuração com penetração total
Figura 9. O gráfico EBSD mostra o tamanho de grão da região rica em ferro (placa superior) no teste do modo de perfuração de penetração total e quantifica a distribuição do tamanho de grão
Figura 10. Espectros SEM-EDS da interface entre ferro rico e alumínio rico
Este estudo investigou os efeitos do laser ARM na formação, microestrutura e propriedades mecânicas do IMC em juntas soldadas sobrepostas dissimilares de liga de alumínio IF-1050. O estudo considerou três modos de soldagem (modo de condução, modo de penetração local e modo de penetração total) e três formatos de feixe de laser selecionados (feixe gaussiano, feixe anular e feixe anular gaussiano). Os resultados da pesquisa indicam que a seleção da relação de potência apropriada do feixe gaussiano e do feixe anular é um parâmetro chave para controlar a formação e microestrutura do carbono modal interno, maximizando assim as propriedades mecânicas da solda. No modo de condução, um feixe circular com relação de potência de 0,2 proporciona a melhor resistência de soldagem (71% de eficiência de junta). No modo de perfuração, o feixe gaussiano produz maior profundidade de soldagem e maior proporção de aspecto, mas a intensidade de soldagem é significativamente reduzida. A viga anular com relação de potência de 0,5 tem um impacto significativo no refinamento dos grãos laterais do aço na costura de solda. Isto se deve à menor temperatura de pico do feixe anular, levando a uma taxa de resfriamento mais rápida, e ao efeito de restrição de crescimento da migração do soluto de Al em direção à parte superior da solda na estrutura do grão. Há uma forte correlação entre a microdureza Vickers e a previsão do percentual de volume da fase do Thermo Calc. Quanto maior a porcentagem volumétrica de Fe4Al13, maior será a microdureza.
Horário da postagem: 25 de janeiro de 2024
