01 Wprowadzenie
Stop aluminium 5A06 jest szeroko stosowany w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym i zbiorników ciśnieniowych ze względu na jego wysoką wytrzymałość i doskonałą odporność na korozję. Jednakże jego wysoka przewodność cieplna, niska lepkość i wysoki współczynnik odbicia sprawiają, że spawanie laserowe jest wyzwaniem, często prowadząc do słabej odkształcalności i poważnych wad porowatości. W porównaniu ze spawaniem pojedynczym laserem lub metodą MIG, spawanie hybrydowe-laserem MIG charakteryzuje się doskonałym sprzężeniem energii, stabilnością jeziorka stopionego i odkształcalnością, poprawiając głęboką penetrację i odporność na porowatość. Niemniej jednak w przypadku stopu aluminium 5A06 odparowanie magnezu i zmiany rozpuszczalności wodoru w dalszym ciągu prowadzą do znacznych problemów z porowatością, co wymaga dalszych badań nad mechanizmami powstawania porów i optymalizacją procesu. Niniejsze badanie koncentruje się na stopie aluminium 5A06 o grubości 6,9 mm, analizując mikrostrukturę, rozkład porowatości, mechanizmy powstawania porów i zmiany mikrotwardości złączy spawanych podczas spawania hybrydowego. Bada także odpowiednie kombinacje prędkości spawania i mocy lasera.
02 Przegląd
W badaniach systematycznie analizowano właściwości strukturalne i problemy porowatości złączy stopu aluminium 5A06 o grubości 6,9 mm przy spawaniu hybrydowym laserowym{{3}MIG. Pokazuje, że prędkość spawania jest kluczowym parametrem wpływającym na odkształcalność, stopień porowatości i właściwości mechaniczne. W badaniu wskazano porowatość jako główną wadę spowodowaną dwoma głównymi czynnikami: wytrącaniem się gazowego wodoru podczas szybkiego krzepnięcia oraz parowaniem magnezu w wysokich temperaturach, tworzącym pęcherzyki. Pory te skupiają się głównie w górnej połowie spoiny. Obecność porów znacznie zmniejsza twardość stawów. Podczas gdy gruboziarniste ziarno powoduje zmiękczenie w-strefie wpływu ciepła (HAZ), zmiękczenie w strefie spoiny (WB) jest spowodowane głównie porami. Z badań wynika, że porowatość ma znacznie większy wpływ na redukcję twardości niż pogrubienie ziarna, przy czym twardość lokalna spada nawet do 29% wartości średniej. Porównano różne prędkości spawania: zbyt niskie (2 m/min) powodowały agregację porów i niską twardość, natomiast zbyt duże (3,5 m/min) powodowały powstawanie porów-w grani spoiny. Stwierdzono, że optymalna prędkość spawania wynosi 3 m/min, co pozwala uzyskać drobne, równomiernie rozmieszczone pory, dobrą penetrację i wyższą twardość.
03 Liczby i analizy
Rysunek 1 ilustruje makroskopową morfologię spoin przy różnych parametrach procesu. Dobrą penetrację uzyskano przy prędkościach w zakresie 2–3,5 m/min, przy całkowitym utworzeniu spoiny i bez pęknięć, co podkreśla skuteczność hybrydowego spawania laserowego{{4}MIG w porównaniu z samym spawaniem MIG.
Rysunek 2 przedstawia charakterystykę mikrostrukturalną złączy spawanych, w tym strefę spoiny (WB),-strefę wpływu ciepła (HAZ) i metal nieszlachetny (BM). Strefa spoiny składa się głównie z równoosiowych dendrytów, których ziarna przechodzą od kolumnowych do równoosiowych w pobliżu linii wtopienia. W WB zaobserwowano pory metalurgiczne o wielkości 29–52 µm.
Rycina 3 przedstawia rozkład porów w różnych obszarach. Pory w górnej spoinie (Rejon A) mają głównie charakter metalurgiczny i powstają w wyniku utrudniania ucieczki pęcherzyków podczas krzepnięcia.
Rysunek 4 przedstawia rozkład mikrotwardości w złączach spawanych. Zarówno WB, jak i HAZ wykazały zmiękczenie, przy czym pory miały większy wpływ na zmniejszenie twardości niż pogrubienie ziarna. Wyższe prędkości spawania powodowały wzrost średniej twardości, przy czym nieco większą twardość zaobserwowano w górnych obszarach spoiny.
04 Wniosek
Z badania złączy stopu aluminium 5A06 o grubości 6,9 mm poddawanych spawaniu hybrydowemu laserem-MIG wynikają następujące wnioski:
1. Spawanie hybrydowe-laserem MIG zapewnia dobrą penetrację w zakresie 2–3,5 m/min, co znacznie poprawia jakość spoiny.
2. Pory skupiają się głównie w górnym obszarze spoiny, spowodowane wytrącaniem się wodoru i parowaniem magnezu. Porowatość ma większy wpływ na zmiękczenie spoin niż gruboziarnistość ziaren.
3. Optymalne parametry: moc lasera 4,5 kW i prędkość spawania 3 m/min, co pozwala uzyskać niską porowatość, małą wielkość porów i korzystny rozkład mikrotwardości.
4. Właściwa kontrola procesu (czyszczenie powierzchni, gaz ochronny i optymalizacja prędkości spawania) jest niezbędna do zmniejszenia porowatości i poprawy wydajności spoiny.
Odniesienie
Oryginalna publikacja: Journal of Manufacturing Processes, https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2018.08.011
