鋼をアルミニウムに接続する場合、接続プロセス中の Fe 原子と Al 原子の間の反応により、脆い金属間化合物 (IMC) が形成されます。これらの IMC の存在により接続の機械的強度が制限されるため、これらの化合物の量を制御する必要があります。IMC が形成される理由は、Al への Fe の溶解度が低いためです。一定量を超えると、溶接部の機械的性質に影響を及ぼす可能性があります。IMC には、硬度、限られた延性と靭性、形態学的特徴などの独特の特性があります。研究によると、他の IMC と比較して、Fe2Al5 IMC 層が最も脆い (11.8) と広く考えられています。± 1.8 GPa) IMC 相であり、溶接不良による機械的特性の低下の主な原因でもあります。この論文では、調整可能なリングモードレーザーを使用した IF 鋼と 1050 アルミニウムのリモートレーザー溶接プロセスを調査し、金属間化合物の形成と機械的特性に対するレーザービーム形状の影響を詳しく調査します。コア/リング電力比を調整することにより、伝導モードではコア/リング電力比 0.2 で溶接界面の接合表面積が向上し、Fe2Al5 IMC の厚さが大幅に減少し、それにより接合部のせん断強度が向上することがわかりました。 。
この記事では、IF鋼と1050アルミニウムのリモートレーザー溶接中の金属間化合物の形成と機械的特性に対する調整可能なリングモードレーザーの影響を紹介します。研究結果によると、伝導モードではコア/リング出力比 0.2 により溶接界面の接合表面積が大きくなり、最大せん断強度 97.6 N/mm2 (接合効率 71%) に反映されます。さらに、パワー比が 1 より大きいガウス ビームと比較して、Fe2Al5 金属間化合物 (IMC) の厚さが 62% 減少し、IMC の総厚さが 40% 減少します。穿孔モードでは、伝導モードと比較して亀裂が観察され、せん断強度が低下しました。コア/リング出力比が 0.5 の場合、溶接シームで大幅な結晶粒微細化が観察されたことは注目に値します。
r=0 の場合はループ電力のみが生成され、r=1 の場合はコア電力のみが生成されます。
ガウスビームと環状ビームのパワー比rの模式図
(a) 溶接装置。(b) 溶接プロファイルの深さと幅。(c) サンプルとフィクスチャの設定を表示する模式図
MC テスト: ガウス ビームの場合のみ、溶接シームは最初は浅い伝導モード (ID 1 および 2) であり、その後部分的に貫通するロックホール モード (ID 3 ～ 5) に移行し、明らかな亀裂が現れます。リング出力が 0 から 1000 W に増加したとき、ID 7 には明らかな亀裂はなく、鉄富化の深さは比較的浅かった。リング出力が 2000 および 2500 W (ID 9 および 10) に増加すると、鉄が豊富なゾーンの深さが増加します。2500w のリング出力 (ID 10) で過剰な亀裂が発生。
MR テスト: コア出力が 500 ～ 1000 W (ID 11 および 12) の場合、溶接シームは伝導モードになります。ID 12 と ID 7 を比較すると、総電力 (6000w) は同じですが、ID 7 はロック ホール モードを実装しています。これは、支配的なループ特性 (r=0.2) による ID 12 での電力密度の大幅な減少によるものです。総電力が 7500 W (ID 15) に達すると、完全透過モードを達成できます。ID 7 で使用される 6000 W と比較して、完全透過モードの電力は大幅に増加します。
IC テスト: 伝導モード (ID 16 および 17) は 1500w のコア電力、3000w および 3500w のリング電力で達成されました。コア出力が 3000w、リング出力が 1500w ～ 2500w の場合 (ID 19 ～ 20)、リッチな鉄とリッチなアルミニウムの間の界面に明らかな亀裂が現れ、局所的に貫通する小さな穴のパターンが形成されます。リング出力が 3000 および 3500w (ID 21 および 22) の場合、完全貫通キーホール モードが実現します。
光学顕微鏡による各溶接識別の代表的な断面画像
図 4. (a) 溶接試験における極限引張強さ (UTS) と出力比の関係。(b) すべての溶接試験の合計出力
図 5. (a) アスペクト比と UTS の関係。(b) 延長および侵入深さと UTS の関係。(c) すべての溶接試験の出力密度
図 6. (ac) ビッカース微小硬度圧痕等高線図。(df) 代表的な伝導モード溶接の対応する SEM-EDS 化学スペクトル。(g) 鋼とアルミニウムの間の界面の概略図。(h) Fe2Al5 と伝導モード溶接の総 IMC 厚さ
図 7. (ac) ビッカース微小硬度圧痕等高線図。(df) 代表的な局所溶け込み穿孔モード溶接の対応する SEM-EDS 化学スペクトル
図 8. (ac) ビッカース微小硬度圧痕等高線図。(df) 代表的な完全溶け込み穿孔モード溶接の対応する SEM-EDS 化学スペクトル
図 9. EBSD プロットは、完全貫通穿孔モード試験における鉄が豊富な領域 (上部プレート) の粒径を示し、粒径分布を定量化します。
図 10. リッチ鉄とリッチアルミニウム間の界面の SEM-EDS スペクトル
この研究では、IF鋼-1050アルミニウム合金の異種重ね溶接継手におけるIMCの形成、微細構造、および機械的特性に対するARMレーザーの影響を調査しました。この研究では、3 つの溶接モード (伝導モード、局所溶込みモード、および完全溶込みモード) と、選択された 3 つのレーザー ビーム形状 (ガウス ビーム、環状ビーム、およびガウス環状ビーム) が考慮されました。研究結果は、ガウス ビームと環状ビームの適切な出力比の選択が、内部モーダル カーボンの形成と微細構造を制御するための重要なパラメーターであり、それによって溶接部の機械的特性を最大化することを示しています。伝導モードでは、出力比 0.2 の円形ビームが最高の溶接強度 (接合効率 71%) を提供します。穿孔モードでは、ガウス ビームにより溶接深さが大きくなり、アスペクト比が高くなりますが、溶接強度は大幅に低下します。出力比 0.5 の環状ビームは、溶接シームの鋼の側粒の微細化に大きな影響を与えます。これは、環状ビームのピーク温度が低いため冷却速度が速くなり、結晶粒構造上の溶接シームの上部に向かう Al 溶質の移動による成長制限効果によるものです。ビッカース微小硬度と Thermo Calc の相体積パーセンテージの予測の間には強い相関関係があります。Fe4Al13 の体積パーセントが大きいほど、微小硬度は高くなります。
投稿日時: 2024 年 1 月 25 日
