Saat menyambungkan baja ke aluminium, reaksi antara atom Fe dan Al selama proses penyambungan membentuk senyawa intermetalik (IMC) yang rapuh. Kehadiran IMC ini membatasi kekuatan mekanik sambungan, oleh karena itu perlu untuk mengontrol jumlah senyawa ini. Alasan pembentukan IMC adalah karena kelarutan Fe dalam Al yang buruk. Jika melebihi jumlah tertentu, hal itu dapat memengaruhi sifat mekanik lasan. IMC memiliki sifat unik seperti kekerasan, daktilitas dan ketangguhan yang terbatas, serta fitur morfologi. Penelitian telah menemukan bahwa dibandingkan dengan IMC lainnya, lapisan IMC Fe2Al5 secara luas dianggap paling rapuh (11,8± Fase IMC (Intermetallic Compound) dengan tekanan 1,8 GPa juga merupakan penyebab utama penurunan sifat mekanik akibat kegagalan pengelasan. Makalah ini meneliti proses pengelasan laser jarak jauh pada baja IF dan aluminium 1050 menggunakan laser mode cincin yang dapat disesuaikan, dan menyelidiki secara mendalam pengaruh bentuk sinar laser terhadap pembentukan senyawa intermetalik dan sifat mekanik. Dengan menyesuaikan rasio daya inti/cincin, ditemukan bahwa dalam mode konduksi, rasio daya inti/cincin sebesar 0,2 dapat mencapai luas permukaan ikatan antarmuka las yang lebih baik dan secara signifikan mengurangi ketebalan IMC Fe2Al5, sehingga meningkatkan kekuatan geser sambungan.
Artikel ini memperkenalkan pengaruh laser mode cincin yang dapat disesuaikan terhadap pembentukan senyawa intermetalik dan sifat mekanik selama pengelasan laser jarak jauh pada baja IF dan aluminium 1050. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada mode konduksi, rasio daya inti/cincin sebesar 0,2 memberikan luas permukaan ikatan antarmuka las yang lebih besar, yang tercermin dari kekuatan geser maksimum sebesar 97,6 N/mm2 (efisiensi sambungan 71%). Selain itu, dibandingkan dengan berkas Gaussian dengan rasio daya lebih besar dari 1, hal ini secara signifikan mengurangi ketebalan senyawa intermetalik Fe2Al5 (IMC) sebesar 62% dan total ketebalan IMC sebesar 40%. Pada mode perforasi, retakan dan kekuatan geser yang lebih rendah diamati dibandingkan dengan mode konduksi. Perlu dicatat bahwa penghalusan butir yang signifikan diamati pada sambungan las ketika rasio daya inti/cincin adalah 0,5.
Ketika r=0, hanya daya loop yang dihasilkan, sedangkan ketika r=1, hanya daya inti yang dihasilkan.
Diagram skematis rasio daya r antara berkas Gaussian dan berkas annular.
(a) Perangkat pengelasan; (b) Kedalaman dan lebar profil las; (c) Diagram skematik tampilan sampel dan pengaturan perlengkapan
Uji MC: Hanya pada kasus berkas Gaussian, sambungan las awalnya berada dalam mode konduksi dangkal (ID 1 dan 2), kemudian bertransisi ke mode lubang kunci yang menembus sebagian (ID 3-5), dengan munculnya retakan yang jelas. Ketika daya cincin meningkat dari 0 menjadi 1000 W, tidak ada retakan yang jelas pada ID 7 dan kedalaman pengayaan besi relatif kecil. Ketika daya cincin meningkat menjadi 2000 dan 2500 W (ID 9 dan 10), kedalaman zona kaya besi meningkat. Terjadi retakan berlebihan pada daya cincin 2500 W (ID 10).
Uji MR: Ketika daya inti antara 500 dan 1000 W (ID 11 dan 12), sambungan las berada dalam mode konduksi; Membandingkan ID 12 dan ID 7, meskipun daya total (6000w) sama, ID 7 menerapkan mode lubang terkunci. Hal ini disebabkan oleh penurunan kepadatan daya yang signifikan pada ID 12 karena karakteristik loop yang dominan (r=0,2). Ketika daya total mencapai 7500 W (ID 15), mode penetrasi penuh dapat dicapai, dan dibandingkan dengan 6000 W yang digunakan pada ID 7, daya mode penetrasi penuh meningkat secara signifikan.
Pengujian IC: Mode konduksi (ID 16 dan 17) dicapai pada daya inti 1500w dan daya cincin 3000w dan 3500w. Ketika daya inti 3000w dan daya cincin antara 1500w dan 2500w (ID 19-20), retakan yang jelas muncul pada antarmuka antara besi kaya dan aluminium kaya, membentuk pola lubang kecil yang menembus secara lokal. Ketika daya cincin 3000 dan 3500w (ID 21 dan 22), mode lubang kunci penetrasi penuh tercapai.
Gambar penampang representatif dari setiap identifikasi pengelasan di bawah mikroskop optik.
Gambar 4. (a) Hubungan antara kekuatan tarik maksimum (UTS) dan rasio daya dalam uji pengelasan; (b) Daya total dari semua uji pengelasan
Gambar 5. (a) Hubungan antara rasio aspek dan UTS; (b) Hubungan antara perpanjangan dan kedalaman penetrasi dan UTS; (c) Kepadatan daya untuk semua uji pengelasan
Gambar 6. (ac) Peta kontur indentasi kekerasan mikro Vickers; (df) Spektrum kimia SEM-EDS yang sesuai untuk pengelasan mode konduksi representatif; (g) Diagram skematik antarmuka antara baja dan aluminium; (h) Ketebalan Fe2Al5 dan total IMC pada lasan mode konduktif
Gambar 7. (ac) Peta kontur indentasi kekerasan mikro Vickers; (df) Spektrum kimia SEM-EDS yang sesuai untuk pengelasan mode perforasi penetrasi lokal representatif
Gambar 8. (ac) Peta kontur indentasi kekerasan mikro Vickers; (df) Spektrum kimia SEM-EDS yang sesuai untuk pengelasan mode perforasi penetrasi penuh yang representatif
Gambar 9. Plot EBSD menunjukkan ukuran butir daerah kaya besi (pelat atas) dalam uji mode perforasi penetrasi penuh, dan mengkuantifikasi distribusi ukuran butir.
Gambar 10. Spektrum SEM-EDS antarmuka antara lapisan kaya besi dan lapisan kaya aluminium.
Studi ini meneliti pengaruh laser ARM terhadap pembentukan, mikrostruktur, dan sifat mekanik IMC pada sambungan las tumpang tindih baja IF-paduan aluminium 1050 yang berbeda. Studi ini mempertimbangkan tiga mode pengelasan (mode konduksi, mode penetrasi lokal, dan mode penetrasi penuh) dan tiga bentuk berkas laser yang dipilih (berkas Gaussian, berkas annular, dan berkas Gaussian annular). Hasil penelitian menunjukkan bahwa pemilihan rasio daya yang tepat antara berkas Gaussian dan berkas annular merupakan parameter kunci untuk mengendalikan pembentukan dan mikrostruktur karbon modal internal, sehingga memaksimalkan sifat mekanik lasan. Pada mode konduksi, berkas melingkar dengan rasio daya 0,2 memberikan kekuatan pengelasan terbaik (efisiensi sambungan 71%). Pada mode perforasi, berkas Gaussian menghasilkan kedalaman pengelasan yang lebih besar dan rasio aspek yang lebih tinggi, tetapi intensitas pengelasan berkurang secara signifikan. Berkas annular dengan rasio daya 0,5 memiliki dampak signifikan pada penyempurnaan butiran samping baja pada sambungan las. Hal ini disebabkan oleh suhu puncak yang lebih rendah dari balok annular yang menyebabkan laju pendinginan lebih cepat, dan efek pembatasan pertumbuhan migrasi zat terlarut Al ke arah bagian atas sambungan las pada struktur butir. Terdapat korelasi yang kuat antara kekerasan mikro Vickers dan prediksi Thermo Calc tentang persentase volume fase. Semakin besar persentase volume Fe4Al13, semakin tinggi kekerasan mikronya.
Waktu posting: 25 Januari 2024
