स्टील ॲल्युमिनियम लेसर वेल्डेड लॅप जॉइंट्समधील इंटरमेटॅलिक कंपाऊंड्सच्या निर्मितीवर आणि यांत्रिक गुणधर्मांवर ऊर्जा समायोज्य कंकणाकृती स्पॉट लेसरचा प्रभाव

स्टीलला ॲल्युमिनियमशी जोडताना, कनेक्शन प्रक्रियेदरम्यान Fe आणि Al अणूंमधील प्रतिक्रिया ठिसूळ इंटरमेटॅलिक संयुगे (IMCs) बनवते. या IMC ची उपस्थिती कनेक्शनची यांत्रिक शक्ती मर्यादित करते, म्हणून या संयुगेचे प्रमाण नियंत्रित करणे आवश्यक आहे. IMCs तयार होण्याचे कारण म्हणजे Al मधील Fe ची विद्राव्यता कमी आहे. जर ते एका विशिष्ट प्रमाणापेक्षा जास्त असेल तर ते वेल्डच्या यांत्रिक गुणधर्मांवर परिणाम करू शकते. IMCs मध्ये कडकपणा, मर्यादित लवचिकता आणि कणखरपणा आणि मॉर्फोलॉजिकल वैशिष्ट्ये यासारखे अद्वितीय गुणधर्म आहेत. संशोधनात असे आढळून आले आहे की इतर IMC च्या तुलनेत, Fe2Al5 IMC लेयर मोठ्या प्रमाणात सर्वात ठिसूळ मानला जातो (11.8± 1.8 GPa) IMC फेज, आणि वेल्डिंगच्या अपयशामुळे यांत्रिक गुणधर्म कमी होण्याचे मुख्य कारण देखील आहे. हा पेपर IF स्टील आणि 1050 ॲल्युमिनियमच्या रिमोट लेसर वेल्डिंग प्रक्रियेचा समायोज्य रिंग मोड लेसर वापरून तपास करतो आणि इंटरमेटॅलिक संयुगे आणि यांत्रिक गुणधर्मांच्या निर्मितीवर लेसर बीम आकाराच्या प्रभावाची सखोल चौकशी करतो. कोर/रिंग पॉवर रेशो समायोजित करून, असे आढळून आले की कंडक्शन मोड अंतर्गत, 0.2 चा कोर/रिंग पॉवर गुणोत्तर चांगले वेल्ड इंटरफेस बाँडिंग पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ मिळवू शकतो आणि Fe2Al5 IMC ची जाडी लक्षणीयरीत्या कमी करू शकतो, ज्यामुळे जॉइंटची कातरणे ताकद सुधारते. .

हा लेख IF स्टील आणि 1050 ॲल्युमिनियमच्या रिमोट लेसर वेल्डिंग दरम्यान इंटरमेटॅलिक संयुगे आणि यांत्रिक गुणधर्मांच्या निर्मितीवर समायोज्य रिंग मोड लेसरच्या प्रभावाचा परिचय देतो. संशोधन परिणाम सूचित करतात की कंडक्शन मोड अंतर्गत, 0.2 चा कोर/रिंग पॉवर रेशो एक मोठा वेल्ड इंटरफेस बाँडिंग पृष्ठभाग क्षेत्र प्रदान करते, जे 97.6 N/mm2 (संयुक्त कार्यक्षमता 71%) च्या कमाल कातरणे सामर्थ्याने परावर्तित होते. याव्यतिरिक्त, 1 पेक्षा जास्त पॉवर रेशो असलेल्या गॉसियन बीमच्या तुलनेत, हे Fe2Al5 इंटरमेटॅलिक कंपाऊंड (IMC) ची जाडी 62% आणि एकूण IMC जाडी 40% ने लक्षणीयरीत्या कमी करते. वेध मोडमध्ये, वहन मोडच्या तुलनेत क्रॅक आणि कमी कातरण्याची ताकद दिसून आली. हे लक्षात घेण्यासारखे आहे की जेव्हा कोर/रिंग पॉवर गुणोत्तर 0.5 होते तेव्हा वेल्ड सीममध्ये महत्त्वपूर्ण धान्य शुद्धीकरण दिसून आले.

जेव्हा r=0, फक्त लूप पॉवर व्युत्पन्न होते, तर जेव्हा r=1, फक्त कोर पॉवर व्युत्पन्न होते.

गॉसियन बीम आणि कंकणाकृती बीममधील पॉवर रेशो r चे योजनाबद्ध आकृती

(a) वेल्डिंग उपकरण; (b) वेल्ड प्रोफाइलची खोली आणि रुंदी; (c) नमुना आणि फिक्स्चर सेटिंग्ज प्रदर्शित करण्यासाठी योजनाबद्ध आकृती

एमसी चाचणी: फक्त गॉसियन बीमच्या बाबतीत, वेल्ड सीम सुरुवातीला उथळ कंडक्शन मोडमध्ये (आयडी 1 आणि 2), आणि नंतर अर्धवट भेदक लॉकहोल मोडमध्ये (आयडी 3-5) संक्रमण होते, स्पष्ट क्रॅक दिसतात. जेव्हा रिंग पॉवर 0 ते 1000 डब्ल्यू पर्यंत वाढली तेव्हा आयडी 7 वर कोणतेही स्पष्ट क्रॅक नव्हते आणि लोह संवर्धनाची खोली तुलनेने कमी होती. जेव्हा रिंग पॉवर 2000 आणि 2500 डब्ल्यू (आयडी 9 आणि 10) पर्यंत वाढते, तेव्हा समृद्ध लोह झोनची खोली वाढते. 2500w रिंग पॉवर (आयडी 10) वर जास्त क्रॅकिंग.

एमआर चाचणी: जेव्हा कोर पॉवर 500 आणि 1000 डब्ल्यू (आयडी 11 आणि 12) दरम्यान असते, तेव्हा वेल्ड सीम कंडक्शन मोडमध्ये असते; ID 12 आणि ID 7 ची तुलना करताना, एकूण शक्ती (6000w) समान असली तरी, ID 7 लॉक होल मोड लागू करते. हे प्रबळ लूप वैशिष्ट्यामुळे (r=0.2) ID 12 वर पॉवर डेन्सिटीमध्ये लक्षणीय घट झाल्यामुळे आहे. जेव्हा एकूण शक्ती 7500 डब्ल्यू (आयडी 15) पर्यंत पोहोचते, तेव्हा पूर्ण प्रवेश मोड प्राप्त केला जाऊ शकतो आणि आयडी 7 मध्ये वापरलेल्या 6000 डब्ल्यूच्या तुलनेत, पूर्ण प्रवेश मोडची शक्ती लक्षणीय वाढली आहे.

IC चाचणी: आयोजित मोड (ID 16 आणि 17) 1500w कोर पॉवर आणि 3000w आणि 3500w रिंग पॉवरवर प्राप्त झाला. जेव्हा कोर पॉवर 3000w असते आणि रिंग पॉवर 1500w आणि 2500w (ID 19-20) च्या दरम्यान असते, तेव्हा समृद्ध लोह आणि समृद्ध ॲल्युमिनियम यांच्यातील इंटरफेसमध्ये स्पष्ट क्रॅक दिसतात, ज्यामुळे स्थानिक भेदक लहान छिद्राचा नमुना तयार होतो. जेव्हा रिंग पॉवर 3000 आणि 3500w (आयडी 21 आणि 22) असेल, तेव्हा पूर्ण प्रवेश कीहोल मोड मिळवा.

ऑप्टिकल मायक्रोस्कोप अंतर्गत प्रत्येक वेल्डिंग ओळखीची प्रतिनिधी क्रॉस-सेक्शनल प्रतिमा

आकृती 4. (अ) वेल्डिंग चाचण्यांमध्ये अंतिम तन्य शक्ती (UTS) आणि शक्ती प्रमाण यांच्यातील संबंध; (b) सर्व वेल्डिंग चाचण्यांची एकूण शक्ती

आकृती 5. (a) गुणोत्तर आणि UTS मधील संबंध; (b) विस्तार आणि प्रवेशाची खोली आणि UTS यांच्यातील संबंध; (c) सर्व वेल्डिंग चाचण्यांसाठी पॉवर डेन्सिटी

आकृती 6. (ac) Vickers microhardness indentation contour map; (df) प्रतिनिधी वहन मोड वेल्डिंगसाठी संबंधित SEM-EDS रासायनिक स्पेक्ट्रा; (g) स्टील आणि ॲल्युमिनियममधील इंटरफेसचे योजनाबद्ध आकृती; (h) Fe2Al5 आणि प्रवाहकीय मोड वेल्डची एकूण IMC जाडी

आकृती 7. (ac) Vickers microhardness indentation contour map; (df) प्रतिनिधी स्थानिक प्रवेश छिद्र मोड वेल्डिंगसाठी संबंधित SEM-EDS रासायनिक स्पेक्ट्रम

आकृती 8. (ac) विकर्स मायक्रोहार्डनेस इंडेंटेशन समोच्च नकाशा; (df) प्रतिनिधी पूर्ण प्रवेश छिद्र मोड वेल्डिंगसाठी संबंधित SEM-EDS रासायनिक स्पेक्ट्रम

आकृती 9. EBSD प्लॉट संपूर्ण प्रवेश छिद्र मोड चाचणीमध्ये लोह समृद्ध प्रदेशाचा (वरच्या प्लेट) धान्य आकार दर्शवतो आणि धान्य आकार वितरणाचे प्रमाण ठरवतो

आकृती 10. समृद्ध लोह आणि समृद्ध ॲल्युमिनियममधील इंटरफेसचा SEM-EDS स्पेक्ट्रा

या अभ्यासात IF स्टील-1050 ॲल्युमिनियम मिश्र धातु भिन्न लॅप वेल्डेड जोड्यांमधील IMC च्या निर्मिती, सूक्ष्म संरचना आणि यांत्रिक गुणधर्मांवर एआरएम लेसरच्या प्रभावांची तपासणी करण्यात आली. अभ्यासामध्ये तीन वेल्डिंग मोड (वाहन मोड, स्थानिक प्रवेश मोड आणि पूर्ण प्रवेश मोड) आणि तीन निवडलेल्या लेसर बीम आकार (गॉसियन बीम, कंकणाकृती बीम आणि गॉसियन कंकणाकृती बीम) विचारात घेतले. संशोधन परिणाम सूचित करतात की गॉसियन बीम आणि कंकणाकृती बीमचे योग्य उर्जा गुणोत्तर निवडणे हे अंतर्गत मॉडेल कार्बनची निर्मिती आणि मायक्रोस्ट्रक्चर नियंत्रित करण्यासाठी मुख्य पॅरामीटर आहे, ज्यामुळे वेल्डचे यांत्रिक गुणधर्म जास्तीत जास्त वाढतात. कंडक्शन मोडमध्ये, 0.2 च्या पॉवर रेशोसह गोलाकार बीम सर्वोत्तम वेल्डिंग ताकद (71% संयुक्त कार्यक्षमता) प्रदान करते. छिद्र मोडमध्ये, गॉसियन बीम वेल्डिंगची जास्त खोली आणि उच्च गुणोत्तर तयार करते, परंतु वेल्डिंगची तीव्रता लक्षणीयरीत्या कमी होते. 0.5 च्या पॉवर रेशोसह कंकणाकृती बीमचा वेल्ड सीममधील स्टील साइड ग्रेनच्या शुद्धीकरणावर महत्त्वपूर्ण प्रभाव पडतो. हे कंकणाकृती बीमच्या खालच्या शिखर तापमानामुळे होते ज्यामुळे जलद शीतकरण दर होते आणि ग्रेन स्ट्रक्चरवर वेल्ड सीमच्या वरच्या भागाकडे अल सोल्युट स्थलांतराचा वाढ प्रतिबंध प्रभाव असतो. विकर्स मायक्रोहार्डनेस आणि थर्मो कॅल्कच्या फेज व्हॉल्यूम टक्केवारीचा अंदाज यांच्यात मजबूत संबंध आहे. Fe4Al13 ची व्हॉल्यूम टक्केवारी जितकी मोठी असेल तितकी मायक्रोहार्डनेस जास्त.