Tóm tắt
Tính chất cơ học của mối hàn là yếu tố cần thiết và quan trọng để ứng dụng rộng rãi hợp kim magie trong sản xuất linh kiện. Trong nghiên cứu này, người ta đã nghiên cứu tác động tổng hợp của việc bổ sung tia laser dao động và bột Gd lên độ dẻo của các mối nối hợp kim magie hàn lai MIG bằng laser-. Hơn nữa, cơ chế tăng cường độ dẻo đã được làm sáng tỏ dựa trên hành vi sàng lọc hạt và lan truyền vết nứt. Độ giãn dài của mối nối đã tăng lên 145,3% so với phương pháp hàn laze không{5}}dao động. Hiệu ứng khuấy của tia laser dao động và sự kết tụ của các pha kết tủa có điểm-nóng chảy-cao (Mg, Al)2Gd dẫn đến việc tinh chế hạt. Tính dị hướng dẻo của mối hàn đã giảm do sự định hướng hạt ngẫu nhiên, được tạo ra bởi cấu trúc vi mô mối hàn đồng nhất. Do đó, việc kích hoạt 〈c + a〉 độ trượt trật khớp đã được tăng cường, đây là yếu tố then chốt để cải thiện độ dẻo. Trong quá trình lan truyền vết nứt, hướng hạt được quay theo cặp song sinh và tính tương thích hình học của các hạt liền kề được cải thiện. Do đó, sự lan truyền vết nứt dọc theo ranh giới hạt bị cản trở một cách hiệu quả. Những phát hiện của nghiên cứu này góp phần vào sự tiến bộ của laser dao động với công nghệ hàn cấp điện và cung cấp tài liệu tham khảo có giá trị để tăng cường độ dẻo của các mối hàn hợp kim magie.
Hình. 1. Sơ đồ quy trình hàn nạp năng lượng laser dao động-MIG hybrid Gd.
Bảng 2. Các thông số hàn nạp năng lượng Gd bằng laser dao động-MIG hybrid Gd.
| Thông số hàn | giá trị |
|---|---|
| Công suất lazeP(kW) | 2.2 |
| Tốc độ cấp dâyvf(m/phút) | 5.0, 5.5 |
| Tốc độ hànvw(mm/s) | 30, 35, 40 |
| Tần số dao động laserf(Hz) | 50, 100, 150, 200 |
| Đường kính dao động laserD(mm) | 1 |
| Tốc độ quay của máy cấp bộtvr(L/phút) | 3.0, 6.0, 9.0 |
| Tốc độ dòng khí mang của máy cấp bộtvc(vòng/phút) |
6.0, 7.5, 9.0
|
Đột phá hàn mới tăng cường đáng kể độ dẻo của hợp kim magiê
Một nhóm nghiên cứu vừa công bố một tiến bộ đáng kể trong hàn hợp kim magie, chứng minh rằng sự kết hợp giữa công nghệ laser dao động và việc bổ sung bột gadolinium (Gd) có thể tăng cường đáng kể độ dẻo của các mối hàn lai laser-MIG.
Hợp kim magiê được đánh giá cao vì tính chất nhẹ nhưng thường gặp phải những hạn chế do độ dẻo của mối hàn kém. Nghiên cứu mới cho thấy độ giãn dài của khớp có thể được cải thiện bằng cách145%so với hàn laser không dao động-thông thường.
Theo các nhà nghiên cứu, sự cải thiện đến từsàng lọc hạtvà những thay đổi tronghành vi lan truyền vết nứt. Tia laser dao động tạo ra hiệu ứng khuấy trộn, trong khi các kết tủa-điểm nóng chảy-(Mg,Al)₂Gd cao giúp tinh chỉnh cấu trúc vi mô. Quá trình này làm giảm tính dị hướng dẻo bằng cách ngẫu nhiên hóa hướng hạt, giúp tăng cường kích hoạt trượt trật khớp 〈c + a〉 quan trọng -, một cơ chế chính để cải thiện độ dẻo.
Ngoài ra, trong quá trình lan truyền vết nứt, hướng hạt quay thông qua sự kết đôi, làm tăng khả năng tương thích hình học giữa các hạt lân cận. Điều này cản trở một cách hiệu quả các vết nứt di chuyển dọc theo ranh giới hạt.
Các phát hiện này cung cấp những hiểu biết mới về hàn-laser-dao động có cấp bột và đưa ra một lộ trình đầy hứa hẹn để cải thiện hiệu suất cơ học của các thành phần hợp kim magie trong công nghiệp.
Sau khi hàn, các mẫu được chuẩn bị cho luyện kim, kính hiển vi điện tử quét (SEM), nhiễu xạ tán xạ ngược-electron (EBSD), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và phân tích đặc tính cơ học. Đầu tiên mẫu được mài bằng giấy nhám kim loại, đánh bóng và sau đó ăn mòn bằng dung dịch ăn mòn để kiểm tra cấu trúc vi mô của mối hàn. Các mẫu EBSD được đánh bóng bằng điện phân trong dung dịch chứa n-butanol metanol perclorat với tỷ lệ tương ứng là 6:34:60. Các mẫu được đánh bóng trong 25 giây ở −20 độ với điện áp 25 V và dòng điện 0,6 A. Thử nghiệm độ bền kéo được thực hiện với tốc độ tải 2,0 mm/phút và kết quả thu được bằng cách tính giá trị trung bình của ba mẫu. Để nghiên cứu đặc tính lan truyền vết nứt, các mẫu kéo có rãnh khía khía cạnh đơn (SENT) đã được chọn và các đầu rãnh khía cụ thể được chế tạo trong vùng hàn.
3. Kết quả
3.1. Hình thái mối hàn
Laser dao động có thể cải thiện sự hình thành mối hàn và loại bỏ các khuyết tật mối hàn một cách hiệu quả. Bảng 3 cho thấy hình thái mối hàn và mặt cắt ngang-với các quy trình khác nhau trong hàn lai MIG-laser. Mối hàn lai MIG laser- bao gồm một vùng hồ quang rộng và nông ở phía trên và một vùng laser sâu và hẹp ở phía dưới. Khi tốc độ cấp dây là 5,0 m/phút, các khuyết tật cắt chân và không hàn được quan sát thấy ở mặt sau của mối hàn, như trong Hình (a) của Bảng 3. Trong khi tăng tốc độ cấp dây, các khuyết tật không hàn có thể được loại bỏ. Tuy nhiên, tính liên tục của mối hàn kém và còn sót lại các vết cắt. Và khuyết tật sụp đổ có thể được quan sát thấy ở mặt trước của mối hàn, như trong Hình (b) của Bảng 3. Trong khi tăng tốc độ hàn, mối hàn và hình dạng mặt cắt ngang của nó không có khuyết tật nhưng có thể quan sát thấy các vết bắn nhỏ trên bề mặt mối hàn, như trong Hình (c) của Bảng 3. Khi tốc độ hàn tăng lên 40 mm/s, hình dạng mối hàn xấu đi rõ rệt với hiện tượng sụp đổ và cắt xén. Đã quan sát thấy chiều rộng mối hàn giảm đáng kể, như được minh họa trong Hình (d) của
Bảng 3.
Bảng 3. Hình thái và mặt cắt ngang của mối hàn-với các quy trình hàn khác nhau.
| Hình thái và mặt cắt ngang của mối hàn | Thông số hàn | Sự hình thành mối hàn | ||
|---|---|---|---|---|
| vf(m/phút) | vw(mm/s) | f(Hz) | ||
|
|
5.0 | 30 | / | Các vết cắt và khuyết tật không được hàn |
|
|
5.5 | 30 | / | Tính liên tục kém, sụp đổ và cắt xén |
|
|
5.5 | 35 | / | Có vết loang nhẹ |
|
|
5.5 | 40 | / | Thu gọn và cắt xén |
|
|
5.5 | 35 | 50 | Cắt xén |
|
|
5.5 | 35 | 100 | Được hình thành tốt |
|
|
5.5 | 35 | 150 | Chênh lệch góc lớn và khuyết tật cắt xén |
|
|
5.5 | 35 | 200 |
Chênh lệch góc lớn |
