સ્ટીલ એલ્યુમિનિયમ લેસર વેલ્ડેડ લેપ સાંધામાં ઇન્ટરમેટાલિક સંયોજનોની રચના અને યાંત્રિક ગુણધર્મો પર ઊર્જા એડજસ્ટેબલ વલયાકાર સ્પોટ લેસરનો પ્રભાવ.

સ્ટીલને એલ્યુમિનિયમ સાથે જોડતી વખતે, જોડાણ પ્રક્રિયા દરમિયાન Fe અને Al અણુઓ વચ્ચેની પ્રતિક્રિયા બરડ ઇન્ટરમેટાલિક સંયોજનો (IMCs) બનાવે છે. આ IMCs ની હાજરી જોડાણની યાંત્રિક શક્તિને મર્યાદિત કરે છે, તેથી આ સંયોજનોના જથ્થાને નિયંત્રિત કરવું જરૂરી છે. IMCs ની રચનાનું કારણ એ છે કે Al માં Fe ની દ્રાવ્યતા નબળી છે. જો તે ચોક્કસ માત્રા કરતાં વધી જાય, તો તે વેલ્ડના યાંત્રિક ગુણધર્મોને અસર કરી શકે છે. IMCs માં કઠિનતા, મર્યાદિત નમ્રતા અને કઠિનતા અને મોર્ફોલોજિકલ લક્ષણો જેવા અનન્ય ગુણધર્મો છે. સંશોધનમાં જાણવા મળ્યું છે કે અન્ય IMCs ની તુલનામાં, Fe2Al5 IMC સ્તરને વ્યાપકપણે સૌથી બરડ માનવામાં આવે છે (11.8).± 1.8 GPa) IMC તબક્કો, અને વેલ્ડીંગ નિષ્ફળતાને કારણે યાંત્રિક ગુણધર્મોમાં ઘટાડો થવાનું મુખ્ય કારણ પણ છે. આ પેપર એડજસ્ટેબલ રિંગ મોડ લેસરનો ઉપયોગ કરીને IF સ્ટીલ અને 1050 એલ્યુમિનિયમની રિમોટ લેસર વેલ્ડીંગ પ્રક્રિયાની તપાસ કરે છે, અને ઇન્ટરમેટાલિક સંયોજનો અને યાંત્રિક ગુણધર્મોની રચના પર લેસર બીમ આકારના પ્રભાવની ઊંડાણપૂર્વક તપાસ કરે છે. કોર/રિંગ પાવર રેશિયોને સમાયોજિત કરીને, એવું જાણવા મળ્યું કે વાહકતા મોડ હેઠળ, 0.2 નો કોર/રિંગ પાવર રેશિયો વધુ સારી વેલ્ડ ઇન્ટરફેસ બોન્ડિંગ સપાટી વિસ્તાર પ્રાપ્ત કરી શકે છે અને Fe2Al5 IMC ની જાડાઈને નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડી શકે છે, જેનાથી સાંધાની શીયર સ્ટ્રેન્થમાં સુધારો થાય છે.

આ લેખ IF સ્ટીલ અને 1050 એલ્યુમિનિયમના રિમોટ લેસર વેલ્ડીંગ દરમિયાન ઇન્ટરમેટાલિક સંયોજનો અને યાંત્રિક ગુણધર્મોની રચના પર એડજસ્ટેબલ રિંગ મોડ લેસરના પ્રભાવનો પરિચય આપે છે. સંશોધન પરિણામો સૂચવે છે કે વાહકતા મોડ હેઠળ, 0.2 નો કોર/રિંગ પાવર રેશિયો મોટો વેલ્ડ ઇન્ટરફેસ બોન્ડિંગ સપાટી વિસ્તાર પૂરો પાડે છે, જે 97.6 N/mm2 (71% ની સંયુક્ત કાર્યક્ષમતા) ની મહત્તમ શીયર સ્ટ્રેન્થ દ્વારા પ્રતિબિંબિત થાય છે. વધુમાં, 1 કરતા વધુ પાવર રેશિયો ધરાવતા ગૌસીયન બીમની તુલનામાં, આ Fe2Al5 ઇન્ટરમેટાલિક સંયોજન (IMC) ની જાડાઈમાં 62% અને કુલ IMC જાડાઈમાં 40% ઘટાડો કરે છે. છિદ્ર મોડમાં, વાહકતા મોડની તુલનામાં તિરાડો અને ઓછી શીયર સ્ટ્રેન્થ જોવા મળી હતી. નોંધનીય છે કે જ્યારે કોર/રિંગ પાવર રેશિયો 0.5 હતો ત્યારે વેલ્ડ સીમમાં નોંધપાત્ર અનાજ શુદ્ધિકરણ જોવા મળ્યું હતું.

જ્યારે r=0 હોય છે, ત્યારે ફક્ત લૂપ પાવર ઉત્પન્ન થાય છે, જ્યારે r=1 હોય છે, ત્યારે ફક્ત કોર પાવર ઉત્પન્ન થાય છે.

ગૌસીયન બીમ અને વલયાકાર બીમ વચ્ચેના પાવર રેશિયો r નો યોજનાકીય આકૃતિ

(a) વેલ્ડીંગ ઉપકરણ; (b) વેલ્ડ પ્રોફાઇલની ઊંડાઈ અને પહોળાઈ; (c) નમૂના અને ફિક્સ્ચર સેટિંગ્સ પ્રદર્શિત કરવાનો યોજનાકીય આકૃતિ

MC ટેસ્ટ: ફક્ત ગૌસીયન બીમના કિસ્સામાં, વેલ્ડ સીમ શરૂઆતમાં છીછરા વહન મોડ (ID 1 અને 2) માં હોય છે, અને પછી આંશિક રીતે ભેદન કરતી લોકહોલ મોડ (ID 3-5) માં સંક્રમણ થાય છે, જેમાં સ્પષ્ટ તિરાડો દેખાય છે. જ્યારે રિંગ પાવર 0 થી 1000 W સુધી વધ્યો, ત્યારે ID 7 પર કોઈ સ્પષ્ટ તિરાડો નહોતી અને આયર્ન સંવર્ધનની ઊંડાઈ પ્રમાણમાં ઓછી હતી. જ્યારે રિંગ પાવર 2000 અને 2500 W (ID 9 અને 10) સુધી વધે છે, ત્યારે સમૃદ્ધ આયર્ન ઝોનની ઊંડાઈ વધે છે. 2500w રિંગ પાવર (ID 10) પર વધુ પડતી તિરાડ.

MR ટેસ્ટ: જ્યારે કોર પાવર 500 અને 1000 W (ID 11 અને 12) ની વચ્ચે હોય છે, ત્યારે વેલ્ડ સીમ વાહકતા મોડમાં હોય છે; ID 12 અને ID 7 ની સરખામણી કરીએ તો, કુલ પાવર (6000w) સમાન હોવા છતાં, ID 7 લોક હોલ મોડ લાગુ કરે છે. આ ID 12 પર પ્રબળ લૂપ લાક્ષણિકતા (r=0.2) ને કારણે પાવર ડેન્સિટીમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો થવાને કારણે છે. જ્યારે કુલ પાવર 7500 W (ID 15) સુધી પહોંચે છે, ત્યારે પૂર્ણ ઘૂંસપેંઠ મોડ પ્રાપ્ત કરી શકાય છે, અને ID 7 માં ઉપયોગમાં લેવાતા 6000 W ની તુલનામાં, પૂર્ણ ઘૂંસપેંઠ મોડની શક્તિ નોંધપાત્ર રીતે વધી જાય છે.

IC ટેસ્ટ: કન્ડક્ટેડ મોડ (ID 16 અને 17) 1500w કોર પાવર અને 3000w અને 3500w રિંગ પાવર પર પ્રાપ્ત થયો હતો. જ્યારે કોર પાવર 3000w હોય અને રિંગ પાવર 1500w અને 2500w (ID 19-20) ની વચ્ચે હોય, ત્યારે સમૃદ્ધ આયર્ન અને સમૃદ્ધ એલ્યુમિનિયમ વચ્ચેના ઇન્ટરફેસ પર સ્પષ્ટ તિરાડો દેખાય છે, જે સ્થાનિક પેનિટ્રેટિંગ નાના હોલ પેટર્ન બનાવે છે. જ્યારે રિંગ પાવર 3000 અને 3500w (ID 21 અને 22) હોય, ત્યારે સંપૂર્ણ પેનિટ્રેશન કીહોલ મોડ પ્રાપ્ત કરો.

ઓપ્ટિકલ માઇક્રોસ્કોપ હેઠળ દરેક વેલ્ડીંગ ઓળખની પ્રતિનિધિ ક્રોસ-સેક્શનલ છબીઓ

આકૃતિ 4. (a) વેલ્ડીંગ પરીક્ષણોમાં અલ્ટીમેટ ટેન્સાઈલ સ્ટ્રેન્થ (UTS) અને પાવર રેશિયો વચ્ચેનો સંબંધ; (b) બધા વેલ્ડીંગ પરીક્ષણોની કુલ શક્તિ

આકૃતિ 5. (a) પાસા ગુણોત્તર અને UTS વચ્ચેનો સંબંધ; (b) વિસ્તરણ અને ઘૂંસપેંઠ ઊંડાઈ અને UTS વચ્ચેનો સંબંધ; (c) બધા વેલ્ડીંગ પરીક્ષણો માટે પાવર ઘનતા

આકૃતિ 6. (ac) વિકર્સ માઇક્રોહાર્ડનેસ ઇન્ડેન્ટેશન કોન્ટૂર મેપ; (df) પ્રતિનિધિ વહન મોડ વેલ્ડીંગ માટે અનુરૂપ SEM-EDS કેમિકલ સ્પેક્ટ્રા; (g) સ્ટીલ અને એલ્યુમિનિયમ વચ્ચેના ઇન્ટરફેસનું યોજનાકીય આકૃતિ; (h) Fe2Al5 અને વાહક મોડ વેલ્ડની કુલ IMC જાડાઈ

આકૃતિ 7. (ac) વિકર્સ માઇક્રોહાર્ડનેસ ઇન્ડેન્ટેશન કોન્ટૂર મેપ; (df) પ્રતિનિધિ સ્થાનિક ઘૂંસપેંઠ છિદ્ર મોડ વેલ્ડીંગ માટે અનુરૂપ SEM-EDS કેમિકલ સ્પેક્ટ્રમ

આકૃતિ 8. (ac) વિકર્સ માઇક્રોહાર્ડનેસ ઇન્ડેન્ટેશન કોન્ટૂર મેપ; (df) પ્રતિનિધિ પૂર્ણ ઘૂંસપેંઠ છિદ્ર મોડ વેલ્ડીંગ માટે અનુરૂપ SEM-EDS કેમિકલ સ્પેક્ટ્રમ

આકૃતિ 9. EBSD પ્લોટ સંપૂર્ણ ઘૂંસપેંઠ છિદ્ર મોડ પરીક્ષણમાં આયર્ન સમૃદ્ધ પ્રદેશ (ઉપલી પ્લેટ) ના અનાજનું કદ દર્શાવે છે, અને અનાજના કદના વિતરણનું પ્રમાણ નક્કી કરે છે.

આકૃતિ 10. સમૃદ્ધ આયર્ન અને સમૃદ્ધ એલ્યુમિનિયમ વચ્ચેના ઇન્ટરફેસનો SEM-EDS સ્પેક્ટ્રા

આ અભ્યાસમાં IF સ્ટીલ-1050 એલ્યુમિનિયમ એલોય ડિસસિમિલર લેપ વેલ્ડેડ સાંધામાં IMC ની રચના, માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર અને યાંત્રિક ગુણધર્મો પર ARM લેસરની અસરોની તપાસ કરવામાં આવી હતી. અભ્યાસમાં ત્રણ વેલ્ડીંગ મોડ્સ (કન્ડક્શન મોડ, લોકલ પેનિટ્રેશન મોડ અને ફુલ પેનિટ્રેશન મોડ) અને ત્રણ પસંદ કરેલા લેસર બીમ આકારો (ગૌસીયન બીમ, વલયાકાર બીમ અને ગૌસીયન વલયાકાર બીમ) પર વિચાર કરવામાં આવ્યો હતો. સંશોધન પરિણામો સૂચવે છે કે ગૌસીયન બીમ અને વલયાકાર બીમનો યોગ્ય પાવર રેશિયો પસંદ કરવો એ આંતરિક મોડલ કાર્બનની રચના અને માઇક્રોસ્ટ્રક્ચરને નિયંત્રિત કરવા માટે એક મુખ્ય પરિમાણ છે, જેનાથી વેલ્ડના યાંત્રિક ગુણધર્મો મહત્તમ થાય છે. વહન મોડમાં, 0.2 ના પાવર રેશિયો સાથેનો ગોળાકાર બીમ શ્રેષ્ઠ વેલ્ડીંગ શક્તિ (71% સંયુક્ત કાર્યક્ષમતા) પ્રદાન કરે છે. છિદ્ર મોડમાં, ગૌસીયન બીમ વધુ વેલ્ડીંગ ઊંડાઈ અને ઉચ્ચ પાસા રેશિયો ઉત્પન્ન કરે છે, પરંતુ વેલ્ડીંગની તીવ્રતા નોંધપાત્ર રીતે ઓછી થાય છે. 0.5 ના પાવર રેશિયો સાથેનો વલયાકાર બીમ વેલ્ડ સીમમાં સ્ટીલ સાઇડ ગ્રેઇન્સના શુદ્ધિકરણ પર નોંધપાત્ર અસર કરે છે. આનું કારણ એ છે કે વલયાકાર બીમનું નીચું ટોચનું તાપમાન ઝડપી ઠંડક દર તરફ દોરી જાય છે, અને વેલ્ડ સીમના ઉપરના ભાગ તરફ Al દ્રાવ્ય સ્થળાંતરની વૃદ્ધિ પ્રતિબંધ અસર અનાજની રચના પર પડે છે. વિકર્સ માઇક્રોહાર્ડનેસ અને થર્મો કેલ્કના તબક્કા વોલ્યુમ ટકાવારીની આગાહી વચ્ચે મજબૂત સંબંધ છે. Fe4Al13 ની વોલ્યુમ ટકાવારી જેટલી મોટી હશે, માઇક્રોહાર્ડનેસ તેટલી ઊંચી હશે.