स्टील-एल्यूमीनियम लेजर वेल्डेड लैप जोड़ों में अंतरधात्विक यौगिकों के निर्माण और यांत्रिक गुणों पर ऊर्जा समायोज्य वलयाकार स्पॉट लेजर का प्रभाव

स्टील को एल्युमीनियम से जोड़ते समय, इस प्रक्रिया के दौरान Fe और Al परमाणुओं के बीच प्रतिक्रिया से भंगुर अंतरधात्विक यौगिक (IMCs) बनते हैं। इन IMCs की उपस्थिति जोड़ की यांत्रिक शक्ति को सीमित करती है, इसलिए इन यौगिकों की मात्रा को नियंत्रित करना आवश्यक है। IMCs के निर्माण का कारण यह है कि Al में Fe की घुलनशीलता कम होती है। यदि यह एक निश्चित मात्रा से अधिक हो जाती है, तो यह वेल्ड के यांत्रिक गुणों को प्रभावित कर सकती है। IMCs में कठोरता, सीमित तन्यता और मजबूती, और आकारिकीय विशेषताओं जैसे अद्वितीय गुण होते हैं। शोध में पाया गया है कि अन्य IMCs की तुलना में, Fe2Al5 IMC परत को व्यापक रूप से सबसे भंगुर (11.8) माना जाता है।± 1.8 GPa) के दबाव पर इंटरमेटैलिक कंपाउंड (IMC) फेज़ में वृद्धि होती है, और वेल्डिंग विफलता के कारण यांत्रिक गुणों में कमी का यह मुख्य कारण भी है। यह शोधपत्र समायोज्य रिंग मोड लेज़र का उपयोग करके IF स्टील और 1050 एल्युमीनियम की रिमोट लेज़र वेल्डिंग प्रक्रिया का अध्ययन करता है, और इंटरमेटैलिक कंपाउंड के निर्माण और यांत्रिक गुणों पर लेज़र बीम के आकार के प्रभाव का गहन विश्लेषण करता है। कोर/रिंग पावर अनुपात को समायोजित करके, यह पाया गया कि कंडक्शन मोड में, 0.2 का कोर/रिंग पावर अनुपात बेहतर वेल्ड इंटरफ़ेस बॉन्डिंग सतह क्षेत्र प्राप्त कर सकता है और Fe2Al5 IMC की मोटाई को काफी कम कर सकता है, जिससे जोड़ की अपरूपण शक्ति में सुधार होता है।

यह लेख IF स्टील और 1050 एल्युमीनियम की रिमोट लेजर वेल्डिंग के दौरान अंतरधात्विक यौगिकों के निर्माण और यांत्रिक गुणों पर समायोज्य रिंग मोड लेजर के प्रभाव का परिचय देता है। शोध परिणामों से पता चलता है कि चालन मोड में, 0.2 का कोर/रिंग पावर अनुपात वेल्ड इंटरफ़ेस बॉन्डिंग सतह क्षेत्र को बढ़ाता है, जो 97.6 N/mm² की अधिकतम अपरूपण शक्ति (71% की संयुक्त दक्षता) में परिलक्षित होता है। इसके अलावा, 1 से अधिक पावर अनुपात वाले गाऊसी बीम की तुलना में, यह Fe₂Al₅ अंतरधात्विक यौगिक (IMC) की मोटाई को 62% और कुल IMC मोटाई को 40% तक काफी कम कर देता है। छिद्रण मोड में, चालन मोड की तुलना में दरारें और कम अपरूपण शक्ति देखी गई। यह उल्लेखनीय है कि 0.5 के कोर/रिंग पावर अनुपात पर वेल्ड सीम में महत्वपूर्ण कण परिष्करण देखा गया।

जब r=0 होता है, तो केवल लूप पावर उत्पन्न होती है, जबकि जब r=1 होता है, तो केवल कोर पावर उत्पन्न होती है।

गॉसियन बीम और एन्युलर बीम के बीच शक्ति अनुपात r का योजनाबद्ध आरेख

(क) वेल्डिंग उपकरण; (ख) वेल्ड प्रोफाइल की गहराई और चौड़ाई; (ग) नमूना और फिक्स्चर सेटिंग्स प्रदर्शित करने वाला योजनाबद्ध आरेख

एमसी परीक्षण: केवल गाऊसियन बीम के मामले में, वेल्ड सीम शुरू में उथले चालन मोड (आईडी 1 और 2) में होती है, और फिर आंशिक रूप से प्रवेश करने वाले लॉकहोल मोड (आईडी 3-5) में परिवर्तित हो जाती है, जिसमें स्पष्ट दरारें दिखाई देती हैं। जब रिंग पावर 0 से 1000 वॉट तक बढ़ाई गई, तो आईडी 7 पर कोई स्पष्ट दरार नहीं थी और लौह संवर्धन की गहराई अपेक्षाकृत कम थी। जब रिंग पावर 2000 और 2500 वॉट (आईडी 9 और 10) तक बढ़ाई गई, तो समृद्ध लौह क्षेत्र की गहराई बढ़ गई। 2500 वॉट रिंग पावर (आईडी 10) पर अत्यधिक दरारें दिखाई दीं।

MR परीक्षण: जब कोर पावर 500 और 1000 W (ID 11 और 12) के बीच होती है, तो वेल्ड सीम कंडक्शन मोड में होती है; ID 12 और ID 7 की तुलना करने पर, यद्यपि कुल पावर (6000 W) समान है, ID 7 लॉक होल मोड को लागू करता है। इसका कारण ID 12 पर प्रमुख लूप विशेषता (r=0.2) के कारण पावर घनत्व में उल्लेखनीय कमी है। जब कुल पावर 7500 W (ID 15) तक पहुँचती है, तो पूर्ण प्रवेश मोड प्राप्त किया जा सकता है, और ID 7 में उपयोग किए गए 6000 W की तुलना में, पूर्ण प्रवेश मोड की पावर में उल्लेखनीय वृद्धि होती है।

आईसी परीक्षण: 1500 वाट कोर पावर और 3000 वाट और 3500 वाट रिंग पावर पर कंडक्टेड मोड (आईडी 16 और 17) प्राप्त किया गया। जब कोर पावर 3000 वाट और रिंग पावर 1500 वाट से 2500 वाट के बीच होती है (आईडी 19-20), तो आयरन और एल्युमीनियम के बीच के इंटरफ़ेस पर स्पष्ट दरारें दिखाई देती हैं, जिससे एक स्थानीय रूप से प्रवेश करने वाला छोटा छेद पैटर्न बनता है। जब रिंग पावर 3000 और 3500 वाट होती है (आईडी 21 और 22), तो पूर्ण प्रवेश कीहोल मोड प्राप्त होता है।

ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के अंतर्गत प्रत्येक वेल्डिंग पहचान की प्रतिनिधि अनुप्रस्थ काट छवियां

चित्र 4. (a) वेल्डिंग परीक्षणों में परम तन्यता शक्ति (UTS) और शक्ति अनुपात के बीच संबंध; (b) सभी वेल्डिंग परीक्षणों की कुल शक्ति।

चित्र 5. (a) पहलू अनुपात और यूटीएस के बीच संबंध; (b) विस्तार और प्रवेश गहराई और यूटीएस के बीच संबंध; (c) सभी वेल्डिंग परीक्षणों के लिए शक्ति घनत्व

चित्र 6. (ac) विकर्स माइक्रोहार्डनेस इंडेंटेशन कंटूर मैप; (df) प्रतिनिधि चालन मोड वेल्डिंग के लिए संबंधित SEM-EDS रासायनिक स्पेक्ट्रा; (g) स्टील और एल्युमीनियम के बीच इंटरफ़ेस का योजनाबद्ध आरेख; (h) Fe2Al5 और चालन मोड वेल्ड की कुल IMC मोटाई।

चित्र 7. (ac) विकर्स माइक्रोहार्डनेस इंडेंटेशन कंटूर मैप; (df) प्रतिनिधि स्थानीय प्रवेश छिद्रण मोड वेल्डिंग के लिए संबंधित SEM-EDS रासायनिक स्पेक्ट्रम

चित्र 8. (ac) विकर्स माइक्रोहार्डनेस इंडेंटेशन कंटूर मैप; (df) प्रतिनिधि पूर्ण प्रवेश छिद्रण मोड वेल्डिंग के लिए संबंधित SEM-EDS रासायनिक स्पेक्ट्रम

चित्र 9. ईबीएसडी प्लॉट पूर्ण प्रवेश वेधन मोड परीक्षण में लौह समृद्ध क्षेत्र (ऊपरी प्लेट) के कण आकार को दर्शाता है, और कण आकार वितरण को मात्रात्मक रूप से निर्धारित करता है।

चित्र 10. लौह-समृद्ध और एल्यूमीनियम-समृद्ध के बीच के इंटरफ़ेस के SEM-EDS स्पेक्ट्रा

इस अध्ययन में IF स्टील-1050 एल्युमीनियम मिश्र धातु के असमान लैप वेल्डेड जोड़ों में आंतरिक मोडल कार्बन (IMC) के निर्माण, सूक्ष्म संरचना और यांत्रिक गुणों पर ARM लेजर के प्रभावों की जांच की गई। अध्ययन में तीन वेल्डिंग मोड (चालन मोड, स्थानीय प्रवेश मोड और पूर्ण प्रवेश मोड) और तीन चयनित लेजर बीम आकार (गॉसियन बीम, वलयाकार बीम और गॉसियन वलयाकार बीम) पर विचार किया गया। शोध परिणामों से पता चलता है कि गॉसियन बीम और वलयाकार बीम के उपयुक्त शक्ति अनुपात का चयन आंतरिक मोडल कार्बन के निर्माण और सूक्ष्म संरचना को नियंत्रित करने के लिए एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है, जिससे वेल्ड के यांत्रिक गुणों को अधिकतम किया जा सकता है। चालन मोड में, 0.2 के शक्ति अनुपात वाला एक वृत्ताकार बीम सर्वोत्तम वेल्डिंग शक्ति (71% जोड़ दक्षता) प्रदान करता है। वेधन मोड में, गॉसियन बीम अधिक वेल्डिंग गहराई और उच्च पहलू अनुपात उत्पन्न करता है, लेकिन वेल्डिंग तीव्रता काफी कम हो जाती है। 0.5 के शक्ति अनुपात वाले वलयाकार बीम का वेल्ड सीम में स्टील के पार्श्व कणों के शोधन पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। इसका कारण एन्युलर बीम का निम्नतम पीक तापमान है, जिससे शीतलन दर तेज होती है, और वेल्ड सीम के ऊपरी भाग की ओर एल्युमीनियम विलेय के प्रवास का दानेदार संरचना पर पड़ने वाला वृद्धि-प्रतिबंध प्रभाव है। विकर्स माइक्रोहार्डनेस और थर्मो कैलकुलेशन द्वारा चरण आयतन प्रतिशत के पूर्वानुमान के बीच एक मजबूत संबंध है। Fe4Al13 का आयतन प्रतिशत जितना अधिक होगा, माइक्रोहार्डनेस उतनी ही अधिक होगी।