Çelik ile alüminyumun birleştirilmesi sırasında, bağlantı işlemi esnasında Fe ve Al atomları arasındaki reaksiyon, kırılgan intermetalik bileşikler (IMC'ler) oluşturur. Bu IMC'lerin varlığı, bağlantının mekanik dayanımını sınırlar; bu nedenle bu bileşiklerin miktarının kontrol edilmesi gereklidir. IMC'lerin oluşmasının nedeni, Fe'nin Al içindeki çözünürlüğünün düşük olmasıdır. Belirli bir miktarı aşarsa, kaynağın mekanik özelliklerini etkileyebilir. IMC'ler, sertlik, sınırlı süneklik ve tokluk gibi benzersiz özelliklere ve morfolojik özelliklere sahiptir. Araştırmalar, diğer IMC'lere kıyasla Fe2Al5 IMC tabakasının en kırılgan olarak kabul edildiğini göstermiştir (11.8± 1,8 GPa) IMC fazı, kaynak arızası nedeniyle mekanik özelliklerdeki azalmanın da ana nedenidir. Bu makale, ayarlanabilir halka modlu bir lazer kullanarak IF çeliği ve 1050 alüminyumun uzaktan lazer kaynak işlemini inceliyor ve lazer ışın şeklinin intermetalik bileşiklerin oluşumu ve mekanik özellikler üzerindeki etkisini derinlemesine araştırıyor. Çekirdek/halka güç oranının ayarlanmasıyla, iletim modunda, 0,2'lik bir çekirdek/halka güç oranının daha iyi kaynak arayüzü bağlama yüzey alanı sağlayabileceği ve Fe2Al5 IMC kalınlığını önemli ölçüde azaltarak birleşimin kesme dayanımını iyileştirebileceği bulunmuştur.
Bu makale, IF çeliği ve 1050 alüminyumun uzaktan lazer kaynağı sırasında intermetalik bileşiklerin oluşumu ve mekanik özellikler üzerindeki ayarlanabilir halka modlu lazerin etkisini tanıtmaktadır. Araştırma sonuçları, iletim modunda, 0,2'lik bir çekirdek/halka güç oranının daha büyük bir kaynak arayüzü bağlama yüzey alanı sağladığını ve bunun 97,6 N/mm2'lik maksimum kesme dayanımı (birleştirme verimliliği %71) ile yansıtıldığını göstermektedir. Ayrıca, 1'den büyük bir güç oranına sahip Gauss ışınlarına kıyasla, bu durum Fe2Al5 intermetalik bileşiğinin (IMC) kalınlığını %62 ve toplam IMC kalınlığını %40 oranında önemli ölçüde azaltmaktadır. Delme modunda, iletim moduna kıyasla çatlaklar ve daha düşük kesme dayanımı gözlemlenmiştir. Çekirdek/halka güç oranı 0,5 olduğunda kaynak dikişinde önemli bir tane incelmesi gözlemlendiği de belirtilmelidir.
r=0 olduğunda yalnızca döngü gücü üretilirken, r=1 olduğunda yalnızca çekirdek gücü üretilir.
Gauss ışın demeti ile halka ışın demeti arasındaki güç oranı r'nin şematik diyagramı.
(a) Kaynak cihazı; (b) Kaynak profilinin derinliği ve genişliği; (c) Numune ve fikstür ayarlarının şematik gösterimi
MC testi: Sadece Gauss ışın demeti durumunda, kaynak dikişi başlangıçta sığ iletim modundadır (ID 1 ve 2) ve daha sonra kısmen nüfuz eden kilit deliği moduna geçer (ID 3-5), belirgin çatlaklar ortaya çıkar. Halka gücü 0'dan 1000 W'a yükseltildiğinde, ID 7'de belirgin çatlaklar yoktu ve demir zenginleşmesinin derinliği nispeten küçüktü. Halka gücü 2000 ve 2500 W'a yükseltildiğinde (ID 9 ve 10), zengin demir bölgesinin derinliği artar. 2500 W halka gücünde aşırı çatlama meydana gelir (ID 10).
MR testi: Çekirdek gücü 500 ile 1000 W arasında olduğunda (ID 11 ve 12), kaynak dikişi iletim modundadır; ID 12 ve ID 7 karşılaştırıldığında, toplam güç (6000 W) aynı olmasına rağmen, ID 7'de kilit deliği modu uygulanmaktadır. Bunun nedeni, baskın döngü özelliği (r=0,2) nedeniyle ID 12'deki güç yoğunluğundaki önemli azalmadır. Toplam güç 7500 W'a (ID 15) ulaştığında, tam penetrasyon modu elde edilebilir ve ID 7'de kullanılan 6000 W ile karşılaştırıldığında, tam penetrasyon modunun gücü önemli ölçüde artar.
IC testi: İletken mod (ID 16 ve 17), 1500w çekirdek gücü ve 3000w ve 3500w halka gücünde elde edildi. Çekirdek gücü 3000w ve halka gücü 1500w ile 2500w arasında olduğunda (ID 19-20), zengin demir ve zengin alüminyum arasındaki arayüzde belirgin çatlaklar oluşarak yerel olarak nüfuz eden küçük delik deseni meydana geldi. Halka gücü 3000 ve 3500w olduğunda (ID 21 ve 22), tam nüfuz eden anahtar deliği modu elde edildi.
Optik mikroskop altında her bir kaynak tanımlamasının temsili kesit görüntüleri.
Şekil 4. (a) Kaynak testlerinde nihai çekme dayanımı (UTS) ile güç oranı arasındaki ilişki; (b) Tüm kaynak testlerinin toplam gücü
Şekil 5. (a) En boy oranı ile UTS arasındaki ilişki; (b) Uzama ve nüfuz derinliği ile UTS arasındaki ilişki; (c) Tüm kaynak testleri için güç yoğunluğu
Şekil 6. (ac) Vickers mikro sertlik girinti kontur haritası; (df) Temsili iletim modlu kaynak için karşılık gelen SEM-EDS kimyasal spektrumları; (g) Çelik ve alüminyum arasındaki arayüzün şematik diyagramı; (h) İletim modlu kaynakların Fe2Al5 ve toplam IMC kalınlığı
Şekil 7. (ac) Vickers mikro sertlik girinti kontur haritası; (df) Temsili yerel penetrasyon delme modu kaynağı için karşılık gelen SEM-EDS kimyasal spektrumu
Şekil 8. (ac) Vickers mikro sertlik girinti kontur haritası; (df) Temsili tam penetrasyonlu delme modu kaynağı için karşılık gelen SEM-EDS kimyasal spektrumu
Şekil 9. EBSD grafiği, tam penetrasyonlu delme modu testinde demir açısından zengin bölgenin (üst plaka) tane boyutunu göstermekte ve tane boyutu dağılımını nicel olarak ifade etmektedir.
Şekil 10. Demirce zengin ve alüminyumca zengin bölgeler arasındaki arayüzün SEM-EDS spektrumları.
Bu çalışma, ARM lazerin IF çelik-1050 alüminyum alaşımı farklı bindirme kaynaklı birleşim yerlerinde IMC oluşumu, mikroyapısı ve mekanik özellikleri üzerindeki etkilerini araştırmıştır. Çalışmada üç kaynak modu (iletim modu, lokal penetrasyon modu ve tam penetrasyon modu) ve üç seçilmiş lazer ışın şekli (Gauss ışını, halka ışını ve Gauss halka ışını) ele alınmıştır. Araştırma sonuçları, Gauss ışını ve halka ışınının uygun güç oranının seçilmesinin, iç modal karbonun oluşumunu ve mikroyapısını kontrol etmek ve böylece kaynağın mekanik özelliklerini en üst düzeye çıkarmak için önemli bir parametre olduğunu göstermektedir. İletim modunda, 0,2 güç oranına sahip dairesel bir ışın en iyi kaynak mukavemetini ( %71 birleşim verimliliği) sağlamaktadır. Delme modunda, Gauss ışını daha büyük kaynak derinliği ve daha yüksek en boy oranı üretir, ancak kaynak yoğunluğu önemli ölçüde azalır. 0,5 güç oranına sahip halka ışını, kaynak dikişindeki çelik yan tanelerinin inceltilmesinde önemli bir etkiye sahiptir. Bu durum, halka şeklindeki kirişin daha düşük tepe sıcaklığına bağlı olarak daha hızlı soğuma hızından ve Al çözeltisinin kaynak dikişinin üst kısmına doğru göçünün tane yapısı üzerindeki büyüme kısıtlama etkisinden kaynaklanmaktadır. Vickers mikrosertliği ile Thermo Calc'ın faz hacim yüzdesi tahmini arasında güçlü bir korelasyon vardır. Fe4Al13'ün hacim yüzdesi ne kadar yüksekse, mikrosertlik de o kadar yüksek olur.
Yayın tarihi: 25 Ocak 2024
