01 Bevezetés
Az 5A06 alumíniumötvözetet nagy szilárdsága és kiváló korrózióállósága miatt széles körben használják az autóiparban, a repülőgépiparban és a nyomástartó edényekben. Magas hővezető képessége, alacsony viszkozitása és nagy fényvisszaverő képessége azonban kihívást jelent a lézerhegesztéshez, ami gyakran rossz alakíthatósághoz és súlyos porozitási hibákhoz vezet. Az egylézeres vagy MIG hegesztéssel összehasonlítva a lézer-MIG hibrid hegesztés kiváló energiacsatolást, olvadt medence stabilitást és alakíthatóságot mutat, javítva a mély behatolást és a porozitással szembeni ellenállást. Ennek ellenére az 5A06 alumíniumötvözet esetében a magnézium elpárolgása és a hidrogén oldhatósági változása továbbra is jelentős porozitási problémákhoz vezet, ami további vizsgálatokat tesz szükségessé a pórusképző mechanizmusok és a folyamat optimalizálása terén. Ez a tanulmány a 6,9 mm vastag 5A06 alumíniumötvözetre összpontosít, elemzi a mikroszerkezetet, a porozitáseloszlást, a pórusképzési mechanizmusokat és a hegesztett kötések mikrokeménység-változásait hibrid hegesztés során. Feltárja a hegesztési sebesség és a lézerteljesítmény megfelelő kombinációit is.
02 Áttekintés
A kutatás szisztematikusan elemzi a 6,9 mm vastag 5A06 alumíniumötvözet kötések szerkezeti jellemzőit és porozitási kérdéseit lézer-MIG hibrid hegesztés alatt. Ebből kiderül, hogy a hegesztési sebesség az alakíthatóságot, a porozitást és a mechanikai teljesítményt befolyásoló kulcsfontosságú paraméter. A tanulmány a porozitást azonosítja elsődleges hibaként, amelyet két fő tényező okoz: a gyors megszilárdulás során kicsapódó hidrogéngáz és a magas hőmérsékleten a magnézium párolgása, amely buborékokat képez. Ezek a pórusok főleg a hegesztési varrat felső felében koncentrálódnak. A pórusok jelenléte jelentősen csökkenti az ízületek keménységét. Míg a szemcsék durvulása a hőhatás-zónában (HAZ) lágyulást okoz, addig a hegesztési zónában (WB) a lágyulás elsősorban a pórusoknak köszönhető. A kutatás rávilágít arra, hogy a porozitás sokkal nagyobb hatással van a keménység csökkentésére, mint a szemcsés durvulás, mivel a helyi keménység az átlagos érték 29%-ára esik. Különböző hegesztési sebességeket hasonlítottak össze: a túl alacsony (2 m/perc) pórusaggregációt és alacsony keménységet eredményezett, míg a túl magas (3,5 m/perc) folyamatindukált pórusokhoz vezetett a varrat gyökerénél. Az optimális hegesztési sebesség 3 m/perc volt, ami finom, egyenletes eloszlású pórusokat, jó behatolást és nagyobb keménységet ért el.
03 Ábrák és elemzések
Az 1. ábra a hegesztési varratok makroszkopikus morfológiáját szemlélteti különböző folyamatparaméterek mellett. Jó behatolást értek el 2–3,5 m/perc sebességgel, teljes hegesztési varratképződéssel és repedések nélkül, ami kiemeli a lézer-MIG hibrid hegesztés hatékonyságát az egyedüli MIG-hez képest.
A 2. ábra a hegesztett kötések mikroszerkezeti jellemzőit mutatja be, beleértve a hegesztési zónát (WB), a hőhatásnak kitett zónát (HAZ) és a nem nemesfémet (BM). A hegesztési zóna elsősorban egyentengelyű dendritekből áll, amelyekben a szemcsék a fúziós vonal közelében oszloposból egytengelyűvé alakulnak át. A WB-ben 29-52 μm-es kohászati pórusokat figyeltek meg.
A 3. ábra a póruseloszlást mutatja be a különböző régiókban. A felső hegesztési varrat pórusai (A régió) elsősorban kohászatiak, a megszilárdulás során a buborékok kijutásának akadályozása miatt alakulnak ki.
A 4. ábra a hegesztési kötések közötti mikrokeménység-eloszlást mutatja. Mind a WB, mind a HAZ lágyulást mutatott, a pórusok nagyobb hatást gyakoroltak a keménység csökkentésére, mint a szemcsék durvulása. A nagyobb hegesztési sebesség növelte az átlagos keménységet, a felső hegesztési tartományokban valamivel magasabb keménységet figyeltek meg.
04 Következtetés
Ez a 6,9 mm vastag, 5A06 alumíniumötvözet kötésekkel lézer-MIG hibrid hegesztéssel végzett tanulmány a következő következtetéseket vonja le:
1. A lézer-MIG hibrid hegesztés jó penetrációt ér el 2–3,5 m/perc között, jelentősen javítva a hegesztés minőségét.
2. A pórusok főleg a felső hegesztési tartományban koncentrálódnak a hidrogén kicsapódása és a magnézium párolgása miatt. A porozitás nagyobb hatással van a hézagpuhításra, mint a szemcsésedés.
3. Optimális paraméterek: 4,5 kW lézerteljesítmény és 3 m/perc hegesztési sebesség, alacsony porozitást, kis pórusméretet és kedvező mikrokeménység-eloszlást eredményez.
4. A megfelelő folyamatszabályozás (felülettisztítás, védőgáz és hegesztési sebesség optimalizálása) elengedhetetlen a porozitás csökkentéséhez és a hegesztési teljesítmény javításához.
Referencia
Eredeti kiadvány: Journal of Manufacturing Processes, https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2018.08.011
