Abstrakcyjny
Własności mechaniczne złącza spawanego są istotnym i krytycznym czynnikiem szerokiego zastosowania stopu magnezu w produkcji komponentów. W tym badaniu zbadano synergistyczny wpływ lasera oscylacyjnego i dodatku proszku Gd na ciągliwość hybrydowych połączeń spawanych ze stopu magnezu laserem-MIG. Ponadto wyjaśniono mechanizm zwiększania plastyczności w oparciu o rozdrobnienie ziaren i zachowanie się propagacji pęknięć. Wydłużenie złącza wzrosło o 145,3% w porównaniu z-nieoscylacyjnym spawaniem laserowym. Efekt mieszania lasera oscylacyjnego i agregacja wytrąconych faz (Mg, Al) o wysokiej-temperaturze-temperatury2Bg spowodował udoskonalenie ziarna. Anizotropia plastyczna spoiny została zmniejszona dzięki losowej orientacji ziaren, która wynikała z homogenicznej mikrostruktury spoiny. W związku z tym aktywacja 〈c + a〉zwiększono poślizg dyslokacji, co było kluczowym czynnikiem poprawy plastyczności. W procesie propagacji pęknięć orientacja ziaren została obrócona bliźniaczo i poprawiono zgodność geometryczną sąsiednich ziaren. W rezultacie propagacja pęknięć wzdłuż granicy ziaren została skutecznie zahamowana. Wyniki tego badania przyczyniają się do rozwoju technologii spawania laserem oscylacyjnym z zasilaniem i stanowią cenne odniesienie w zakresie zwiększania ciągliwości złączy spawanych stopów magnezu.
Rys.. 1. Schematyczny diagram lasera oscylacyjnego-MIG hybrydowy proces spawania wypełniającego Gd.
Tabela 2. Parametry spawania laserem oscylacyjnym-MIG hybrid Gd power z wypełnieniem.
| Parametry spawania | wartości |
|---|---|
| Moc laseraP(kW) | 2.2 |
| Prędkość podawania drutuvf(m/min) | 5.0, 5.5 |
| Prędkość spawaniavw(mm/s) | 30, 35, 40 |
| Częstotliwość oscylacyjna laseraf(Hz) | 50, 100, 150, 200 |
| Średnica oscylacyjna laseraD(mm) | 1 |
| Prędkość obrotowa podajnika proszkuvr(L/min) | 3.0, 6.0, 9.0 |
| Natężenie przepływu gazu nośnego w podajniku proszkuvc(obr/min) |
6.0, 7.5, 9.0
|
Nowe, przełomowe rozwiązanie w spawalnictwie radykalnie zwiększa plastyczność stopu magnezu
Zespół badawczy odkrył znaczący postęp w spawaniu stopów magnezu, wykazując, że połączenie technologii lasera oscylacyjnego i dodatku proszku gadolinu (Gd) może radykalnie zwiększyć ciągliwość hybrydowych połączeń spawanych laserowo-MIG.
Stopy magnezu są cenione ze względu na swoją lekkość, ale często spotykają się z ograniczeniami wynikającymi ze słabej ciągliwości spoiny. Nowe badanie pokazuje, że wydłużenie stawu można poprawić poprzez145%w porównaniu z konwencjonalnym-spawaniem laserowym bez oscylacji.
Według naukowców poprawa wynika zuszlachetnianie ziarnai zmiany wzachowanie propagacji pęknięć. Laser oscylacyjny powoduje efekt mieszania, a wytrącanie się osadów o wysokiej-temperaturze topnienia-(Mg,Al)₂Gd pomaga udoskonalić mikrostrukturę. Proces ten zmniejsza anizotropię plastyczną poprzez losową orientację ziaren, co wzmacnia aktywację krytycznego poślizgu dyslokacyjnego 〈c + a〉 -, kluczowego mechanizmu poprawy plastyczności.
Dodatkowo podczas propagacji pęknięć orientacja ziaren zmienia się poprzez bliźniakowanie, zwiększając zgodność geometryczną pomiędzy sąsiednimi ziarnami. Skutecznie zapobiega to przemieszczaniu się pęknięć wzdłuż granic ziaren.
Odkrycia dostarczają nowego spojrzenia na-laserowe-spawanie oscylacyjne z podawaniem proszku i przedstawiają obiecującą drogę poprawy właściwości mechanicznych komponentów ze stopu magnezu w przemyśle.
Po spawaniu próbki przygotowano do badań metalurgicznych, skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM), dyfrakcji wstecznej-elektronów (EBSD), transmisyjnego mikroskopu elektronowego (TEM) i analizy właściwości mechanicznych. Próbkę najpierw przeszlifowano papierami ściernymi metalograficznymi, polerowano, a następnie korodowano roztworami korozyjnymi w celu zbadania mikrostruktury spoiny. Próbki EBSD polerowano elektrolitycznie w roztworze zawierającym nadchloran n-butanolu metanolu w proporcji odpowiednio 6:34:60. Próbki polerowano przez 25 s w temperaturze -20 stopni przy napięciu 25 V i prądzie 0,6 A. Próbę rozciągania przeprowadzono przy prędkości obciążenia 2,0 mm/min, a wyniki uzyskano poprzez obliczenie średniej z trzech próbek. Aby zbadać zachowanie się propagacji pęknięć, wybrano próbki-z nacięciem z pojedynczą krawędzią (SENT) i wytworzono specjalne końcówki karbu w strefie spawania.
3. Wyniki
3.1. Morfologie spoin
Laser oscylacyjny może poprawić tworzenie spoiny i skutecznie wyeliminować defekty spoiny. Tabela 3 przedstawia morfologię spoin i-przekrojów poprzecznych w różnych procesach hybrydowego spawania laserowego-MIG. Laserowa spoina-mig hybrydowa składała się z szerokiej i płytkiej strefy łuku u góry oraz głębokiej i wąskiej strefy lasera u dołu. Gdy prędkość podawania drutu wynosiła 5,0 m/min, na spodniej stronie spoiny zaobserwowano podcięcia i wady niespawane, jak pokazano na rys. (a) w tabeli 3. Zwiększając prędkość podawania drutu, można było wyeliminować wady niespawane. Jednakże ciągłość spoiny była słaba, pozostały podcięcia. Defekt zapadnięcia można było zaobserwować na przedniej stronie spoiny, jak pokazano na ryc. (b) w tabeli 3. W miarę zwiększania prędkości spawania spoina i jej kształt- przekroju poprzecznego były wolne od defektów, ale na powierzchni spoiny można było zaobserwować niewielkie odpryski, jak pokazano na ryc. (c) w tabeli 3. Wraz ze wzrostem prędkości spawania do 40 mm/s, formowanie spoiny znacznie się pogarszało wraz z zapadnięciem się i podcięciem. Zaobserwowano zauważalne zmniejszenie szerokości spoiny, co ilustruje rys. (d).
Tabela 3.
Tabela 3. Morfologie i przekroje spoin-przy różnych procesach spawania.
| Morfologie i przekroje spoin- | Parametry spawania | Tworzenie spoiny | ||
|---|---|---|---|---|
| vf(m/min) | vw(mm/s) | f(Hz) | ||
|
|
5.0 | 30 | / | Podcięcia i wady niespawane |
|
|
5.5 | 30 | / | Słaba ciągłość, zapadnięcia i podcięcia |
|
|
5.5 | 35 | / | Nieznaczne odpryski |
|
|
5.5 | 40 | / | Zapaść i podcięcie |
|
|
5.5 | 35 | 50 | Podcięcie |
|
|
5.5 | 35 | 100 | Dobrze ukształtowany |
|
|
5.5 | 35 | 150 | Duża różnica kątów naroży i wady podcięcia |
|
|
5.5 | 35 | 200 |
Duża różnica kąta narożnika |
