स्टील-ॲल्युमिनियम लेझर वेल्डेड लॅप जॉइंट्समधील आंतरधातू संयुगांच्या निर्मितीवर आणि यांत्रिक गुणधर्मांवर ऊर्जा-समायोज्य वलयाकार स्पॉट लेझरचा प्रभाव

स्टीलला ॲल्युमिनियमशी जोडताना, जोडणी प्रक्रियेदरम्यान Fe (लोह) आणि Al (ॲल्युमिनियम) अणूंमधील अभिक्रियेमुळे ठिसूळ आंतरधातू संयुगे (IMCs) तयार होतात. या IMCs च्या उपस्थितीमुळे जोडणीची यांत्रिक शक्ती मर्यादित होते, म्हणून या संयुगांचे प्रमाण नियंत्रित करणे आवश्यक आहे. IMCs तयार होण्याचे कारण म्हणजे Al मध्ये Fe ची विद्राव्यता कमी असते. जर हे प्रमाण एका विशिष्ट मर्यादेपेक्षा जास्त झाले, तर त्याचा वेल्डच्या यांत्रिक गुणधर्मांवर परिणाम होऊ शकतो. IMCs मध्ये कठीणपणा, मर्यादित तन्यता आणि कणखरपणा, तसेच आकारिक वैशिष्ट्ये यांसारखे अद्वितीय गुणधर्म असतात. संशोधनात असे आढळून आले आहे की, इतर IMCs च्या तुलनेत, Fe2Al5 IMC थर हा सर्वात ठिसूळ मानला जातो (11.8± १.८ GPa) IMC फेज, आणि वेल्डिंग अयशस्वी झाल्यामुळे यांत्रिक गुणधर्मांमध्ये घट होण्याचे हे मुख्य कारण आहे. या शोधनिबंधात ॲडजस्टेबल रिंग मोड लेझर वापरून IF स्टील आणि १०५० ॲल्युमिनियमच्या रिमोट लेझर वेल्डिंग प्रक्रियेचा अभ्यास केला आहे, आणि इंटरमेटॅलिक कंपाऊंड्सच्या निर्मितीवर व यांत्रिक गुणधर्मांवर लेझर बीमच्या आकाराच्या प्रभावाचा सखोल अभ्यास केला आहे. कोअर/रिंग पॉवर रेशो समायोजित करून असे आढळून आले की, कंडक्शन मोडमध्ये, ०.२ चा कोअर/रिंग पॉवर रेशो वेल्ड इंटरफेस बाँडिंग पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ अधिक चांगले मिळवू शकतो आणि Fe2Al5 IMC ची जाडी लक्षणीयरीत्या कमी करू शकतो, ज्यामुळे जोडाची शियर स्ट्रेंथ सुधारते.

हा लेख आयएफ स्टील आणि १०५० ॲल्युमिनियमच्या रिमोट लेझर वेल्डिंग दरम्यान इंटरमेटॅलिक कंपाऊंड्सच्या निर्मितीवर आणि यांत्रिक गुणधर्मांवर ॲडजस्टेबल रिंग मोड लेझरच्या प्रभावाची ओळख करून देतो. संशोधनाच्या निष्कर्षांनुसार, कंडक्शन मोडमध्ये, ०.२ चे कोअर/रिंग पॉवर रेशो वेल्ड इंटरफेस बॉन्डिंग पृष्ठभागाचे मोठे क्षेत्रफळ प्रदान करते, जे ९७.६ N/mm² च्या कमाल शियर स्ट्रेंथमध्ये (७१% जॉइंट एफिशियन्सी) दिसून येते. याव्यतिरिक्त, १ पेक्षा जास्त पॉवर रेशो असलेल्या गॉसियन बीमच्या तुलनेत, यामुळे Fe2Al5 इंटरमेटॅलिक कंपाऊंडची (IMC) जाडी ६२% ने आणि एकूण IMC जाडी ४०% ने लक्षणीयरीत्या कमी होते. परफोरेशन मोडमध्ये, कंडक्शन मोडच्या तुलनेत तडे आणि कमी शियर स्ट्रेंथ दिसून आली. हे लक्षात घेण्यासारखे आहे की जेव्हा कोअर/रिंग पॉवर रेशो ०.५ होता, तेव्हा वेल्ड सीममध्ये लक्षणीय ग्रेन रिफायनमेंट दिसून आली.

जेव्हा r=0 असतो, तेव्हा फक्त लूप पॉवर निर्माण होते, तर जेव्हा r=1 असतो, तेव्हा फक्त कोअर पॉवर निर्माण होते.

गॉसियन शलाका आणि वलयाकार शलाका यांच्यातील शक्ती गुणोत्तर r ची योजनाबद्ध आकृती

(अ) वेल्डिंग उपकरण; (ब) वेल्ड प्रोफाइलची खोली आणि रुंदी; (क) नमुना आणि फिक्स्चर सेटिंग्ज दर्शविणारी योजनाबद्ध आकृती.

MC चाचणी: फक्त गॉसियन बीमच्या बाबतीत, वेल्ड सीम सुरुवातीला उथळ वहन मोडमध्ये (ID 1 आणि 2) असते आणि नंतर अंशतः भेदणाऱ्या लॉकहोल मोडमध्ये (ID 3-5) बदलते, ज्यात स्पष्ट भेगा दिसू लागतात. जेव्हा रिंग पॉवर 0 ते 1000 W पर्यंत वाढवली, तेव्हा ID 7 वर स्पष्ट भेगा नव्हत्या आणि लोह समृद्धीकरणाची खोली तुलनेने कमी होती. जेव्हा रिंग पॉवर 2000 आणि 2500 W पर्यंत (IDs 9 आणि 10) वाढते, तेव्हा लोह समृद्ध क्षेत्राची खोली वाढते. 2500w रिंग पॉवरवर (ID 10) अत्यधिक भेगा पडल्या.

एमआर चाचणी: जेव्हा कोअर पॉवर ५०० ते १००० वॅट (आयडी ११ आणि १२) दरम्यान असते, तेव्हा वेल्ड सीम कंडक्शन मोडमध्ये असते; आयडी १२ आणि आयडी ७ यांची तुलना केल्यास, एकूण पॉवर (६००० वॅट) समान असूनही, आयडी ७ मध्ये लॉक होल मोड वापरला जातो. याचे कारण म्हणजे डॉमिनंट लूप कॅरॅक्टरिस्टिक (r=०.२) मुळे आयडी १२ मध्ये पॉवर डेन्सिटीमध्ये लक्षणीय घट होते. जेव्हा एकूण पॉवर ७५०० वॅट (आयडी १५) पर्यंत पोहोचते, तेव्हा फुल पेनिट्रेशन मोड साध्य करता येतो आणि आयडी ७ मध्ये वापरलेल्या ६००० वॅटच्या तुलनेत, फुल पेनिट्रेशन मोडमधील पॉवरमध्ये लक्षणीय वाढ होते.

आयसी चाचणी: १५०० वॅट कोअर पॉवर आणि ३००० व ३५०० वॅट रिंग पॉवरवर कंडक्टेड मोड (आयडी १६ आणि १७) साध्य झाला. जेव्हा कोअर पॉवर ३००० वॅट असते आणि रिंग पॉवर १५०० ते २५०० वॅटच्या दरम्यान असते (आयडी १९-२०), तेव्हा रिच आयर्न आणि रिच ॲल्युमिनियमच्या इंटरफेसवर स्पष्ट भेगा दिसतात, ज्यामुळे स्थानिकरित्या भेदणाऱ्या लहान छिद्रांचा नमुना तयार होतो. जेव्हा रिंग पॉवर ३००० ते ३५०० वॅट असते (आयडी २१ आणि २२), तेव्हा पूर्ण भेदन कीहोल मोड साध्य होतो.

ऑप्टिकल मायक्रोस्कोपखाली प्रत्येक वेल्डिंग ओळखीच्या प्रतिनिधी क्रॉस-सेक्शनल प्रतिमा.

आकृती ४. (अ) वेल्डिंग चाचण्यांमधील अंतिम तन्यता शक्ती (UTS) आणि शक्ती गुणोत्तर यांमधील संबंध; (ब) सर्व वेल्डिंग चाचण्यांची एकूण शक्ती.

आकृती ५. (अ) आस्पेक्ट रेशो आणि यूटीएस (UTS) यांमधील संबंध; (ब) एक्सटेंशन, पेनिट्रेशन डेप्थ आणि यूटीएस (UTS) यांमधील संबंध; (क) सर्व वेल्डिंग चाचण्यांसाठी पॉवर डेन्सिटी.

आकृती ६. (अक) विकर्स मायक्रो हार्डनेस इंडेंटेशन कॉन्टूर नकाशा; (डफ) प्रातिनिधिक कंडक्शन मोड वेल्डिंगसाठी संबंधित SEM-EDS रासायनिक स्पेक्ट्रा; (ग) स्टील आणि ॲल्युमिनियममधील इंटरफेसची योजनाबद्ध आकृती; (ह) कंडक्टिव्ह मोड वेल्ड्सची Fe2Al5 आणि एकूण IMC जाडी.

आकृती ७. (अक) विकर्स मायक्रो हार्डनेस इंडेंटेशन कॉन्टूर नकाशा; (डफ) प्रातिनिधिक लोकल पेनिट्रेशन परफोरेशन मोड वेल्डिंगसाठी संबंधित SEM-EDS रासायनिक स्पेक्ट्रम.

आकृती ८. (अक) विकर्स मायक्रो हार्डनेस इंडेंटेशन कॉन्टूर नकाशा; (डफ) प्रातिनिधिक फुल पेनिट्रेशन परफोरेशन मोड वेल्डिंगसाठी संबंधित SEM-EDS रासायनिक स्पेक्ट्रम.

आकृती ९. ईबीएसडी आलेख पूर्ण भेदन वेधन पद्धतीच्या चाचणीमधील लोह-समृद्ध भागातील (वरची प्लेट) कणांचा आकार दर्शवतो आणि कणांच्या आकार वितरणाचे परिमाणीकरण करतो.

आकृती १०. लोहयुक्त आणि ॲल्युमिनियमयुक्त यांच्यातील आंतरपृष्ठाचे SEM-EDS स्पेक्ट्रा.

या अभ्यासात आयएफ स्टील-१०५० ॲल्युमिनियम मिश्रधातूच्या भिन्न लॅप वेल्डेड जोडांमधील आयएमसीच्या (IMC) निर्मिती, सूक्ष्मसंरचना आणि यांत्रिक गुणधर्मांवर एआरएम लेसरच्या परिणामांचा तपास करण्यात आला. या अभ्यासात तीन वेल्डिंग पद्धती (कंडक्शन मोड, लोकल पेनिट्रेशन मोड आणि फुल पेनिट्रेशन मोड) आणि तीन निवडक लेसर बीम आकार (गॉसियन बीम, ॲन्युलर बीम आणि गॉसियन ॲन्युलर बीम) विचारात घेतले गेले. संशोधनाच्या निष्कर्षांनुसार, गॉसियन बीम आणि ॲन्युलर बीमचे योग्य पॉवर रेशो निवडणे हे अंतर्गत मोडल कार्बनची (internal modal carbon) निर्मिती आणि सूक्ष्मसंरचना नियंत्रित करण्यासाठी एक महत्त्वाचा घटक आहे, ज्यामुळे वेल्डचे यांत्रिक गुणधर्म कमाल पातळीवर पोहोचतात. कंडक्शन मोडमध्ये, ०.२ पॉवर रेशो असलेला गोलाकार बीम सर्वोत्तम वेल्डिंग सामर्थ्य (७१% जोड कार्यक्षमता) प्रदान करतो. परफोरेशन मोडमध्ये, गॉसियन बीममुळे वेल्डिंगची खोली जास्त आणि ॲस्पेक्ट रेशो जास्त मिळतो, परंतु वेल्डिंगची तीव्रता लक्षणीयरीत्या कमी होते. ०.५ पॉवर रेशो असलेल्या ॲन्युलर बीमचा वेल्ड सीममधील स्टीलच्या बाजूच्या कणांच्या (side grains) सूक्ष्मीकरणावर महत्त्वपूर्ण परिणाम होतो. हे वलयाकार बीमच्या कमीत कमी कमाल तापमानामुळे होणाऱ्या जलद शीतन दरामुळे आणि वेल्ड सीमच्या वरच्या भागाकडे होणाऱ्या Al विद्राव्य कणांच्या स्थलांतरामुळे कण संरचनेवर होणाऱ्या वाढीवरील प्रतिबंधात्मक परिणामामुळे घडते. विकर्स सूक्ष्मकठोरता आणि थर्मो कॅल्कच्या प्रावस्था आकारमान टक्केवारीच्या अंदाजात एक मजबूत सहसंबंध आहे. Fe4Al13 ची आकारमान टक्केवारी जितकी जास्त, तितकी सूक्ष्मकठोरता जास्त असते.