01 Uvod
Aluminijeva zlitina 5A06 se pogosto uporablja v avtomobilski, vesoljski industriji in industriji tlačnih posod zaradi svoje visoke trdnosti in odlične odpornosti proti koroziji. Zaradi visoke toplotne prevodnosti, nizke viskoznosti in visoke odbojnosti pa je lasersko varjenje zahtevno, kar pogosto vodi v slabo sposobnost oblikovanja in resne napake v poroznosti. V primerjavi z enojnim laserskim varjenjem ali varjenjem MIG hibridno varjenje laser-MIG dokazuje vrhunsko energijsko sklopitev, stabilnost staljene mase in sposobnost oblikovanja, izboljša globoko penetracijo in odpornost proti poroznosti. Kljub temu pri aluminijevi zlitini 5A06 izhlapevanje magnezija in spremembe topnosti vodika še vedno vodijo do znatnih težav s poroznostjo, kar zahteva nadaljnje preiskave mehanizmov za nastajanje por in optimizacijo procesa. Ta študija se osredotoča na 6,9 mm debelo aluminijevo zlitino 5A06, pri čemer analizira mikrostrukturo, porazdelitev poroznosti, mehanizme tvorbe por in variacije mikrotrdote zvarnih spojev pri hibridnem varjenju. Raziskuje tudi primerne kombinacije hitrosti varjenja in moči laserja.
02 Pregled
Raziskava sistematično analizira strukturne značilnosti in težave s poroznostjo spojev iz aluminijeve zlitine 5A06 debeline 6,9 mm pri laserskem -MIG hibridnem varjenju. Razkriva, da je hitrost varjenja ključni parameter, ki vpliva na sposobnost oblikovanja, stopnjo poroznosti in mehansko zmogljivost. Študija identificira poroznost kot primarno napako, ki jo povzročata dva glavna dejavnika: vodikov plin, ki se obarja med hitrim strjevanjem, in izhlapevanje magnezija pri visokih temperaturah, ki tvori mehurčke. Te pore so v glavnem skoncentrirane v zgornji polovici zvara. Prisotnost por bistveno zmanjša trdoto sklepov. Medtem ko grobljenje zrn povzroči mehčanje v toplotno{9}}prizadetem območju (HAZ), je mehčanje v območju zvara (WB) predvsem posledica por. Raziskava poudarja, da ima poroznost veliko večji vpliv na zmanjšanje trdote kot grobljenje zrn, pri čemer lokalna trdota pade na vse do 29 % povprečne vrednosti. Primerjali smo različne hitrosti varjenja: prenizka (2 m/min) je povzročila agregacijo por in nizko trdoto, medtem ko je previsoka (3,5 m/min) povzročila proces-poroze v korenu zvara. Ugotovljeno je bilo, da je optimalna hitrost varjenja 3 m/min, s čimer smo dosegli drobne, enakomerno razporejene pore, dobro prebojnost in večjo trdoto.
03 Številke in analiza
Slika 1 prikazuje makroskopsko morfologijo zvarov pri različnih procesnih parametrih. Dober preboj je bil dosežen pri hitrostih med 2–3,5 m/min, s popolno tvorbo zvara in brez razpok, kar poudarja učinkovitost hibridnega laserskega -MIG varjenja v primerjavi s samim MIG varjenjem.
Slika 2 prikazuje mikrostrukturne značilnosti zvarnih spojev, vključno z zvarnim območjem (WB), toplotno{1}}območjem (HAZ) in osnovno kovino (BM). Območje zvara je v glavnem sestavljeno iz enakoosnih dendritov, z zrni, ki prehajajo iz stolpičastih v enakoosne blizu talilne črte. V WB so opazili metalurške pore 29–52 μm.
Slika 3 prikazuje porazdelitev por v različnih regijah. Pore v zgornjem zvaru (območje A) so predvsem metalurške, nastanejo zaradi oviranja izhoda mehurčkov med strjevanjem.
Slika 4 prikazuje porazdelitev mikrotrdote po zvarnih spojih. Tako WB kot HAZ sta pokazala mehčanje, pri čemer so imele pore večji vpliv na zmanjšanje trdote kot grobljenje zrn. Višje hitrosti varjenja so povečale povprečno trdoto, z nekoliko višjo trdoto v zgornjih območjih zvara.
04 Zaključek
Ta študija o 6,9 mm debelih spojih iz aluminijeve zlitine 5A06 pri laserskem -MIG hibridnem varjenju daje naslednje zaključke:
1. Hibridno varjenje z laserjem-MIG doseže dobro prebojnost med 2–3,5 m/min, kar znatno izboljša kakovost zvara.
2. Pore se večinoma koncentrirajo v zgornjem območju zvara, kar povzročajo obarjanje vodika in izhlapevanje magnezija. Poroznost ima večji učinek na mehčanje fug kot grobljenje zrn.
3. Optimalni parametri: moč laserja 4,5 kW in hitrost varjenja 3 m/min, nizka poroznost, majhna velikost por in ugodna porazdelitev mikrotrdote.
4. Pravilna kontrola procesa (čiščenje površine, zaščitni plin in optimizacija hitrosti varjenja) je bistvenega pomena za zmanjšanje poroznosti in izboljšanje učinkovitosti zvara.
Referenca
Izvirna publikacija: Journal of Manufacturing Processes, https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2018.08.011
