Abstrakt
Mekaniska egenskaper hos svetsfog är en väsentlig och kritisk faktor för den omfattande användningen av magnesiumlegering vid komponenttillverkning. I denna studie undersöktes de synergistiska effekterna av oscillerande laser och Gd-pulvertillsats på duktiliteten hos laser-MIG hybridsvetsade magnesiumlegeringsförband. Dessutom klargjordes duktilitetsförbättringsmekanismen baserat på kornförfining och sprickförökningsbeteende. Fogförlängningen ökade med 145,3 % jämfört med den för icke-oscillerande lasersvetsning. Omrörningseffekten av oscillerande laser och aggregering av hög-smältpunkt-utfällda faser (Mg, Al)2Gd resulterade i spannmålsförädlingen. Svetsens plastiska anisotropi reducerades på grund av den randomiserade kornorienteringen, som inducerades av den homogena svetsmikrostrukturen. Följaktligen aktiveras 〈c + a〉 dislokationsglidningen förstärktes, vilket var nyckelfaktorn för förbättring av plasticiteten. Under sprickutbredningsprocessen roterades kornorienteringen av tvillingar och den geometriska kompatibiliteten hos intilliggande korn förbättrades. Följaktligen hindrades sprickutbredningen längs korngränsen effektivt. Resultaten av denna studie bidrar till utvecklingen av oscillerande laser med kraftmatande svetsteknik och ger en värdefull referens för att förbättra duktiliteten hos svetsade fogar av magnesiumlegering.
Fig. 1. Schematiskt diagram över oscillerande laser-MIG hybrid Gd kraftfyllningssvetsprocess.
Tabell 2. Oscillerande laser-MIG hybrid Gd kraftfyllningssvetsparametrar.
| Svetsparametrar | värden |
|---|---|
| LaserkraftP(kW) | 2.2 |
| Trådmatningshastighetvf(m/min) | 5.0, 5.5 |
| Svetshastighetvw(mm/s) | 30, 35, 40 |
| Laseroscillerande frekvensf(Hz) | 50, 100, 150, 200 |
| Laser oscillerande diameterD(mm) | 1 |
| Rotationshastighet för pulvermatarenvr(L/min) | 3.0, 6.0, 9.0 |
| Bärgasflödeshastighet för pulvermatarenvc(rpm) |
6.0, 7.5, 9.0
|
Nytt svetsgenombrott ökar dramatiskt duktiliteten i magnesiumlegering
Ett forskarlag har avslöjat ett betydande framsteg inom magnesiumlegeringssvetsning, vilket visar att en kombination av oscillerande laserteknologi och gadolinium (Gd) pulvertillsats dramatiskt kan förbättra duktiliteten hos laser-MIG hybridsvetsade fogar.
Magnesiumlegeringar värderas för sina lätta egenskaper men möter ofta begränsningar på grund av dålig svetsduktilitet. Den nya studien visar att ledförlängningen kan förbättras genom145%jämfört med konventionell icke-oscillerande lasersvetsning.
Enligt forskarna kommer förbättringen frånspannmålsförädlingoch förändringar isprickförökningsbeteende. Den oscillerande lasern skapar en omrörande effekt, medan hög-smältpunkt-utfällningar (Mg,Al)₂Gd hjälper till att förfina mikrostrukturen. Denna process minskar plastisk anisotropi genom att randomisera kornorientering, vilket förbättrar aktiveringen av kritisk 〈c + a〉 dislokationsglidning - en nyckelmekanism för förbättrad plasticitet.
Dessutom, under sprickutbredning, roterar kornorienteringen genom tvilling, vilket ökar geometrisk kompatibilitet mellan närliggande korn. Detta hindrar effektivt sprickor från att färdas längs korngränserna.
Resultaten ger nya insikter om oscillerande-laserassisterad-svetsning med pulvermatning och presenterar en lovande väg för att förbättra den mekaniska prestandan hos komponenter i magnesiumlegeringar i industrin.
Efter svetsning förbereddes proverna för metallurgisk, svepelektronmikroskop (SEM), elektronback-spridd diffraktion (EBSD), transmissionselektronmikroskop (TEM) och mekanisk egenskapsanalys. Provet maldes först med metallografiska sandpapper, polerades och korroderades sedan med korrosiva lösningar för att undersöka svetsmikrostrukturen. EBSD-proverna polerades elektrolytiskt i en lösning innehållande n-butanolmetanolperklorat med förhållandet 6:34:60. Proverna polerades i 25 s vid -20 grader med spänning på 25 V och ström på 0,6 A. Dragproven utfördes med belastningshastighet på 2,0 mm/min och resultaten erhölls genom att beräkna medelvärdet av tre prover. För att studera sprickutbredningsbeteendet valdes en-edge notched tensile (SENT) prover ut och de specifika hackspetsarna tillverkades i svetszonen.
3. Resultat
3.1. Svetsmorfologier
Oscillerande laser kan förbättra svetsbildningen och effektivt eliminera svetsdefekterna. Tabell 3 visar svets- och tvärsnittsmorfologier med olika processer vid laser-MIG-hybridsvetsning. Laser-MIG-hybridsvetsen bestod av en bred och ytlig bågzon upptill och en djup och smal laserzon i botten. När trådmatningshastigheten var 5,0 m/min observerades underskurna och osvetsade defekter på baksidan av svetsen, såsom visas i Fig. (a) i Tabell 3. Medan trådmatningshastigheten ökades kunde de osvetsade defekterna undertryckas. Kontinuiteten i svetsen var dock dålig med underskärningar kvar. Och kollapsdefekten kunde observeras på framsidan av svetsen, som visas i Fig. (b) i Tabell 3. Samtidigt som svetshastigheten ökade var svetsen och dess tvärsnittsform fria från defekter men små stänk kunde observeras på svetsytan, som visas i Fig. (c) i Tabell 3. När svetshastigheten ökade till 40 mm. med kollaps och underskärning. En anmärkningsvärd minskning av svetsbredden observerades, såsom illustreras i fig. (d) av
Tabell 3.
Tabell 3. Svetsmorfologier och-tvärsnitt med olika svetsprocesser.
| Svetsmorfologier och tvärsnitt- | Svetsparametrar | Svetsbildning | ||
|---|---|---|---|---|
| vf(m/min) | vw(mm/s) | f(Hz) | ||
|
|
5.0 | 30 | / | Underskärningar och osvetsade defekter |
|
|
5.5 | 30 | / | Dålig kontinuitet, kollaps och underskärningar |
|
|
5.5 | 35 | / | Lite stänk |
|
|
5.5 | 40 | / | Kollaps och underskär |
|
|
5.5 | 35 | 50 | Underskuren |
|
|
5.5 | 35 | 100 | Välformad |
|
|
5.5 | 35 | 150 | Stor hörnvinkelskillnad och underskurna defekter |
|
|
5.5 | 35 | 200 |
Stor hörnvinkelskillnad |
