01 Johdanto
5A06 alumiiniseosta käytetään laajalti auto-, ilmailu- ja paineastiateollisuudessa sen korkean lujuuden ja erinomaisen korroosionkestävyyden vuoksi. Kuitenkin sen korkea lämmönjohtavuus, alhainen viskositeetti ja korkea heijastavuus tekevät laserhitsauksesta haastavaa, mikä johtaa usein huonoon muovattavuuteen ja vakaviin huokoisuusvirheisiin. Verrattuna yksittäislaser- tai MIG-hitsaukseen, laser-MIG-hybridihitsaus osoittaa erinomaisen energiakytkennän, sulan altaan stabiilisuuden ja muovattavuuden, mikä parantaa syvää tunkeutumista ja huokoisuuden kestävyyttä. Siitä huolimatta 5A06-alumiiniseoksessa magnesiumin haihtuminen ja vedyn liukoisuuden muutokset johtavat edelleen merkittäviin huokoisuusongelmiin, mikä vaatii lisätutkimuksia huokosten muodostumismekanismeista ja prosessin optimoinnista. Tämä tutkimus keskittyy 6,9 mm paksuiseen 5A06-alumiiniseokseen analysoimalla hybridihitsauksen yhteydessä olevien hitsausliitosten mikrorakennetta, huokoisuuden jakautumista, huokosten muodostumismekanismeja ja mikrokovuusvaihteluita. Se tutkii myös sopivia hitsausnopeuden ja lasertehon yhdistelmiä.
02 Yleiskatsaus
Tutkimuksessa analysoidaan systemaattisesti 6,9 mm paksuisten 5A06-alumiiniseosliitosten rakenteellisia ominaisuuksia ja huokoisuusongelmia laser-MIG-hybridihitsauksessa. Se paljastaa, että hitsausnopeus on avainparametri, joka vaikuttaa muovattavuuteen, huokoisuuteen ja mekaaniseen suorituskykyyn. Tutkimuksessa tunnistetaan huokoisuus ensisijaiseksi puutteeksi, jonka aiheuttaa kaksi päätekijää: vetykaasun saostuminen nopean jähmettymisen aikana ja magnesiumin haihtuminen korkeissa lämpötiloissa muodostaen kuplia. Nämä huokoset keskittyvät pääasiassa hitsin yläpuoliskolle. Huokosten läsnäolo vähentää merkittävästi nivelten kovuutta. Raekarkeneminen aiheuttaa pehmenemistä lämpö-vaikutusalueella (HAZ), mutta hitsausvyöhykkeen (WB) pehmeneminen johtuu pääasiassa huokosista. Tutkimus korostaa, että huokoisuudella on paljon suurempi vaikutus kovuuden alenemiseen kuin raekarkenemiseen, kun paikallinen kovuus putoaa jopa 29 prosenttiin keskiarvosta. Erilaisia hitsausnopeuksia verrattiin: liian alhainen (2 m/min) johti huokosten kasautumiseen ja alhaiseen kovuuteen, kun taas liian korkea (3,5 m/min) johti prosessin -indusoituihin huokosiin hitsin juurella. Optimaaliseksi hitsausnopeudeksi todettiin 3 m/min, jolla saavutettiin hienot, tasaisesti jakautuneet huokoset, hyvä tunkeutuminen ja suurempi kovuus.
03 Kuvat ja analyysi
Kuva 1 havainnollistaa hitsien makroskooppista morfologiaa eri prosessiparametreilla. Hyvä tunkeutuminen saavutettiin nopeuksilla 2–3,5 m/min, täysin hitsin muodostuessa ja ilman halkeamia, mikä korostaa laser-MIG-hybridihitsauksen tehokkuutta pelkkään MIG-hitsaukseen verrattuna.
Kuvassa 2 on esitetty hitsausliitosten mikrorakenteelliset ominaisuudet, mukaan lukien hitsausalue (WB), lämpö{1}}vaikutusalue (HAZ) ja epäjalometalli (BM). Hitsausvyöhyke koostuu pääasiassa tasaakselisista dendriiteistä, joiden rakeet siirtyvät pylväsmäisistä tasaakselisiksi lähellä sulamislinjaa. Valkotasossa havaittiin 29–52 μm:n metallurgisia huokosia.
Kuvassa 3 on esitetty huokosjakauma eri alueilla. Ylemmän hitsin (alue A) huokoset ovat pääasiassa metallurgisia, ja ne muodostuvat kuplien poistumisen estymisen vuoksi jähmettymisen aikana.
Kuvassa 4 on esitetty mikrokovuusjakauma hitsausliitoksissa. Sekä WB että HAZ osoittivat pehmenemistä, ja huokoset vaikuttivat enemmän kovuuden vähentämiseen kuin rakeiden karkeneminen. Suuremmat hitsausnopeudet lisäsivät keskimääräistä kovuutta, ja hieman korkeampi kovuus havaittiin ylemmillä hitsausalueilla.
04 Johtopäätös
Tämä laser-MIG-hybridihitsauksen alaisen 6,9 mm paksuisten 5A06-alumiiniseosliitosten tutkimus antaa seuraavat johtopäätökset:
1. Laser-MIG-hybridihitsauksella saavutetaan hyvä tunkeuma 2–3,5 m/min, mikä parantaa merkittävästi hitsin laatua.
2. Huokoset keskittyvät pääasiassa ylempään hitsausalueeseen vedyn saostumisen ja magnesiumin haihtumisen aiheuttamana. Huokoisuudella on suurempi vaikutus sauman pehmenemiseen kuin jyvien karkenemiseen.
3. Optimaaliset parametrit: laserteho 4,5 kW ja hitsausnopeus 3 m/min, mikä tuottaa alhaisen huokoisuuden, pienen huokoskoon ja edullisen mikrokovuusjakauman.
4. Oikea prosessinohjaus (pintojen puhdistus, suojakaasu ja hitsausnopeuden optimointi) on välttämätöntä huokoisuuden vähentämiseksi ja hitsin suorituskyvyn parantamiseksi.
Viite
Alkuperäinen julkaisu: Journal of Manufacturing Processes, https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2018.08.011
