강철과 알루미늄을 연결할 때 연결 과정에서 Fe와 Al 원자 사이의 반응으로 부서지기 쉬운 금속간 화합물(IMC)이 형성됩니다. 이러한 IMC의 존재는 연결의 기계적 강도를 제한하므로 이러한 화합물의 양을 제어하는 것이 필요합니다. IMC가 형성되는 이유는 Al에 대한 Fe의 용해도가 낮기 때문입니다. 일정량을 초과하면 용접의 기계적 성질에 영향을 미칠 수 있습니다. IMC는 경도, 제한된 연성 및 인성, 형태학적 특징과 같은 고유한 특성을 가지고 있습니다. 연구에 따르면 다른 IMC와 비교하여 Fe2Al5 IMC 층은 가장 부서지기 쉬운 것으로 널리 알려져 있습니다(11.8± 1.8 GPa) IMC 상이며, 용접 불량으로 인한 기계적 특성 저하의 주요 원인이기도 합니다. 이 논문에서는 조정 가능한 링 모드 레이저를 사용하여 IF 강철 및 1050 알루미늄의 원격 레이저 용접 공정을 조사하고 레이저 빔 모양이 금속간 화합물 형성 및 기계적 특성에 미치는 영향을 심층적으로 조사합니다. 코어/링 전력 비율을 조정함으로써 전도 모드에서 코어/링 전력 비율 0.2가 더 나은 용접 인터페이스 접합 표면적을 달성하고 Fe2Al5 IMC의 두께를 크게 줄여 접합의 전단 강도를 향상시킬 수 있음이 밝혀졌습니다. .
이 기사에서는 IF 강철 및 1050 알루미늄의 원격 레이저 용접 중 금속간 화합물 형성 및 기계적 특성에 대한 조정 가능한 링 모드 레이저의 영향을 소개합니다. 연구 결과에 따르면 전도 모드에서 코어/링 전력 비율 0.2는 더 큰 용접 인터페이스 접합 표면적을 제공하며 이는 최대 전단 강도 97.6N/mm2(접합 효율 71%)로 반영됩니다. 또한 전력비가 1보다 큰 가우시안 빔과 비교하면 Fe2Al5 금속간 화합물(IMC)의 두께가 62%, 전체 IMC 두께가 40% 감소합니다. 천공 모드에서는 전도 모드에 비해 균열이 발생하고 전단강도가 낮은 것으로 나타났다. 코어/링 출력 비율이 0.5일 때 용접 이음새에서 상당한 결정립 미세화가 관찰되었다는 점은 주목할 가치가 있습니다.
r=0이면 루프 전력만 생성되고, r=1이면 코어 전력만 생성됩니다.
가우시안 빔과 환형 빔 사이의 전력비 r의 개략도
(a) 용접장치 (b) 용접 프로파일의 깊이와 폭; (c) 샘플 및 고정 장치 설정을 표시하는 개략도
MC 테스트: 가우시안 빔의 경우에만 용접 이음매가 초기에 얕은 전도 모드(ID 1 및 2)에 있다가 부분적으로 관통하는 잠금 구멍 모드(ID 3-5)로 전환되어 명백한 균열이 나타납니다. 링 전력이 0에서 1000W로 증가했을 때 ID 7에서는 뚜렷한 균열이 없었고 철 농축 깊이는 상대적으로 작았습니다. 링 전력이 2000W와 2500W(ID 9 및 10)로 증가하면 철 풍부 영역의 깊이가 증가합니다. 2500w 링 전력(ID 10)에서 과도한 균열이 발생합니다.
MR 테스트: 코어 전력이 500~1000W(ID 11~12)일 때 용접 이음매는 전도 모드에 있습니다. ID 12와 ID 7을 비교하면 총 전력(6000w)은 동일하지만 ID 7은 락홀 모드를 구현합니다. 이는 지배적인 루프 특성(r=0.2)으로 인해 ID 12에서 전력 밀도가 크게 감소하기 때문입니다. 총 전력이 7500W(ID 15)에 도달하면 완전 침투 모드를 구현할 수 있으며, ID 7에서 사용된 6000W에 비해 완전 침투 모드의 전력이 크게 증가합니다.
IC 테스트: 전도 모드(ID 16 및 17)는 1500w 코어 전력과 3000w 및 3500w 링 전력에서 달성되었습니다. 코어 출력이 3000w이고 링 출력이 1500w~2500w(ID 19-20)인 경우 풍부한 철과 풍부한 알루미늄 사이의 경계면에 뚜렷한 균열이 나타나 국부적으로 관통하는 작은 구멍 패턴을 형성합니다. 링 전력이 3000 및 3500w(ID 21 및 22)인 경우 전체 침투 키홀 모드를 달성합니다.
광학 현미경으로 본 각 용접 식별의 대표 단면 이미지
그림 4. (a) 용접 테스트에서 극한 인장 강도(UTS)와 출력비 사이의 관계; (b) 모든 용접시험의 총합
그림 5. (a) 종횡비와 UTS의 관계; (b) 확장과 침투 깊이 및 UTS 간의 관계; (c) 모든 용접시험에 대한 출력밀도
그림 6. (ac) 비커스 미세경도 압입 등고선 지도; (df) 대표적인 전도 모드 용접에 대한 해당 SEM-EDS 화학 스펙트럼; (g) 강철과 알루미늄 사이의 경계면의 개략도; (h) 전도성 모드 용접의 Fe2Al5 및 총 IMC 두께
그림 7. (ac) 비커스 미세경도 압입 등고선 지도; (df) 대표적인 국부 관통 천공 모드 용접에 해당하는 SEM-EDS 화학 스펙트럼
그림 8. (ac) 비커스 미세경도 압입 등고선 지도; (df) 대표적인 완전 관통 천공 모드 용접에 해당하는 SEM-EDS 화학 스펙트럼
그림 9. EBSD 플롯은 완전 관통 천공 모드 테스트에서 철이 풍부한 영역(상부 플레이트)의 입자 크기를 보여주고 입자 크기 분포를 정량화합니다.
그림 10. 풍부한 철과 풍부한 알루미늄 사이의 계면에 대한 SEM-EDS 스펙트럼
본 연구에서는 IF steel-1050 알루미늄 합금 이종 겹침 용접 조인트에서 IMC의 형성, 미세 구조 및 기계적 특성에 대한 ARM 레이저의 영향을 조사했습니다. 이 연구에서는 세 가지 용접 모드(전도 모드, 국부 침투 모드, 완전 침투 모드)와 세 가지 선택된 레이저 빔 형태(가우시안 빔, 환형 빔, 가우시안 환형 빔)를 고려했습니다. 연구 결과에 따르면 가우시안 빔과 환형 빔의 적절한 출력 비율을 선택하는 것이 내부 모달 탄소의 형성 및 미세 구조를 제어하여 용접의 기계적 특성을 극대화하는 핵심 매개 변수입니다. 전도 모드에서는 출력비가 0.2인 원형 빔이 최고의 용접 강도(접합 효율 71%)를 제공합니다. 천공 모드에서 가우시안 빔은 더 큰 용접 깊이와 더 높은 종횡비를 생성하지만 용접 강도는 크게 감소합니다. 출력비가 0.5인 환형 빔은 용접 이음새의 강철 측결 미세화에 상당한 영향을 미칩니다. 이는 환형 빔의 더 낮은 피크 온도로 인해 냉각 속도가 빨라지고 Al 용질이 입자 구조의 용접 이음매 상부로 이동하는 성장 제한 효과 때문입니다. Vickers 미세경도와 Thermo Calc의 상 부피 백분율 예측 사이에는 강한 상관관계가 있습니다. Fe4Al13의 부피 비율이 클수록 미세 경도가 높아집니다.
게시 시간: 2024년 1월 25일
