Lors de la connexion de l’acier à l’aluminium, la réaction entre les atomes de Fe et d’Al au cours du processus de connexion forme des composés intermétalliques fragiles (IMC). La présence de ces IMC limite la tenue mécanique de la connexion, il est donc nécessaire de contrôler la quantité de ces composés. La formation d’IMC s’explique par la faible solubilité du Fe dans Al. Si elle dépasse une certaine quantité, cela peut affecter les propriétés mécaniques de la soudure. Les IMC ont des propriétés uniques telles que la dureté, une ductilité et une ténacité limitées, ainsi que des caractéristiques morphologiques. Des recherches ont montré que, comparée aux autres IMC, la couche Fe2Al5 IMC est largement considérée comme la plus fragile (11,8± 1,8 GPa) phase IMC, et constitue également la principale raison de la diminution des propriétés mécaniques due à l'échec du soudage. Cet article étudie le processus de soudage laser à distance de l'acier IF et de l'aluminium 1050 à l'aide d'un laser à mode annulaire réglable, et étudie en profondeur l'influence de la forme du faisceau laser sur la formation de composés intermétalliques et les propriétés mécaniques. En ajustant le rapport de puissance noyau/anneau, il a été constaté qu'en mode conduction, un rapport de puissance noyau/anneau de 0,2 permet d'obtenir une meilleure surface de liaison de l'interface de soudure et de réduire considérablement l'épaisseur du Fe2Al5 IMC, améliorant ainsi la résistance au cisaillement du joint. .
Cet article présente l'influence du laser à mode annulaire réglable sur la formation de composés intermétalliques et les propriétés mécaniques lors du soudage laser à distance de l'acier IF et de l'aluminium 1050. Les résultats de la recherche indiquent qu'en mode conduction, un rapport de puissance noyau/anneau de 0,2 fournit une plus grande surface de liaison à l'interface de soudure, ce qui se traduit par une résistance au cisaillement maximale de 97,6 N/mm2 (efficacité du joint de 71 %). De plus, par rapport aux faisceaux gaussiens avec un rapport de puissance supérieur à 1, cela réduit considérablement l'épaisseur du composé intermétallique (IMC) Fe2Al5 de 62 % et l'épaisseur totale de l'IMC de 40 %. En mode perforation, des fissures et une résistance au cisaillement inférieure ont été observées par rapport au mode conduction. Il convient de noter qu’un raffinement significatif du grain a été observé dans le cordon de soudure lorsque le rapport de puissance noyau/anneau était de 0,5.
Lorsque r=0, seule la puissance de boucle est générée, tandis que lorsque r=1, seule la puissance de base est générée.
Diagramme schématique du rapport de puissance r entre le faisceau gaussien et le faisceau annulaire
(a) Appareil de soudage ; (b) La profondeur et la largeur du profil de soudure ; (c) Diagramme schématique de l'affichage des paramètres d'échantillon et d'appareil
Test MC : uniquement dans le cas d'un faisceau gaussien, le cordon de soudure est initialement en mode de conduction peu profonde (ID 1 et 2), puis passe en mode trou de serrure partiellement pénétrant (ID 3-5), avec l'apparition de fissures évidentes. Lorsque la puissance de l'anneau augmentait de 0 à 1 000 W, il n'y avait pas de fissures évidentes au DI 7 et la profondeur d'enrichissement en fer était relativement faible. Lorsque la puissance de l’anneau augmente jusqu’à 2 000 et 2 500 W (ID 9 et 10), la profondeur de la zone riche en fer augmente. Fissuration excessive à une puissance annulaire de 2 500 W (ID 10).
Test MR : Lorsque la puissance du noyau est comprise entre 500 et 1000 W (ID 11 et 12), le cordon de soudure est en mode conduction ; En comparant l'ID 12 et l'ID 7, bien que la puissance totale (6 000 W) soit la même, l'ID 7 implémente un mode trou de verrouillage. Cela est dû à la diminution significative de la densité de puissance à ID 12 en raison de la caractéristique de boucle dominante (r = 0,2). Lorsque la puissance totale atteint 7 500 W (ID 15), le mode pleine pénétration peut être atteint, et par rapport aux 6 000 W utilisés dans l'ID 7, la puissance du mode pleine pénétration est considérablement augmentée.
Test IC : le mode conduit (ID 16 et 17) a été obtenu avec une puissance de base de 1 500 w et une puissance d'anneau de 3 000 w et 3 500 w. Lorsque la puissance du noyau est de 3 000 W et la puissance de l'anneau est comprise entre 1 500 W et 2 500 W (ID 19-20), des fissures évidentes apparaissent à l'interface entre le fer riche et l'aluminium riche, formant un motif de petits trous pénétrants locaux. Lorsque la puissance de l'anneau est de 3 000 et 3 500 W (ID 21 et 22), obtenez le mode trou de serrure à pénétration complète.
Images en coupe représentatives de chaque identification de soudage au microscope optique
Figure 4. (a) La relation entre la résistance ultime à la traction (UTS) et le rapport de puissance dans les essais de soudage ; (b) La puissance totale de tous les essais de soudage
Figure 5. (a) Relation entre le rapport hauteur/largeur et l'UTS ; (b) La relation entre l'extension et la profondeur de pénétration et l'UTS ; (c) Densité de puissance pour tous les essais de soudage
Figure 6. (ac) Carte de contour d'indentation de microdureté Vickers ; (df) Spectres chimiques SEM-EDS correspondants pour le soudage en mode de conduction représentatif ; (g) Diagramme schématique de l'interface entre l'acier et l'aluminium ; (h) Fe2Al5 et épaisseur totale IMC des soudures en mode conducteur
Figure 7. (ac) Carte de contour d'indentation de microdureté Vickers ; (df) Spectre chimique SEM-EDS correspondant pour le soudage en mode perforation à pénétration locale représentatif
Figure 8. (ac) Carte de contour d'indentation de microdureté Vickers ; (df) Spectre chimique SEM-EDS correspondant pour un soudage représentatif en mode perforation à pénétration complète
Figure 9. Le tracé EBSD montre la granulométrie de la région riche en fer (plaque supérieure) dans le test en mode perforation à pénétration complète et quantifie la distribution granulométrique.
Figure 10. Spectres SEM-EDS de l'interface entre le fer riche et l'aluminium riche
Cette étude a examiné les effets du laser ARM sur la formation, la microstructure et les propriétés mécaniques de l'IMC dans les joints soudés à recouvrement différents en alliage d'aluminium IF acier-1050. L'étude a pris en compte trois modes de soudage (mode de conduction, mode de pénétration locale et mode de pénétration complète) et trois formes de faisceau laser sélectionnées (faisceau gaussien, faisceau annulaire et faisceau annulaire gaussien). Les résultats de la recherche indiquent que la sélection du rapport de puissance approprié du faisceau gaussien et du faisceau annulaire est un paramètre clé pour contrôler la formation et la microstructure du carbone modal interne, maximisant ainsi les propriétés mécaniques de la soudure. En mode conduction, une poutre circulaire avec un rapport de puissance de 0,2 offre la meilleure résistance de soudage (efficacité du joint de 71 %). En mode perforation, le faisceau gaussien produit une plus grande profondeur de soudage et un rapport d'aspect plus élevé, mais l'intensité du soudage est considérablement réduite. La poutre annulaire avec un rapport de puissance de 0,5 a un impact significatif sur le raffinement des grains latéraux de l'acier dans le cordon de soudure. Cela est dû à la température maximale plus faible de la poutre annulaire, conduisant à une vitesse de refroidissement plus rapide, et à l'effet de restriction de croissance de la migration du soluté d'Al vers la partie supérieure du cordon de soudure sur la structure granulaire. Il existe une forte corrélation entre la microdureté Vickers et la prédiction de Thermo Calc concernant le pourcentage de volume de phase. Plus le pourcentage volumique de Fe4Al13 est élevé, plus la microdureté est élevée.
Heure de publication : 25 janvier 2024
