01 Indledning
5A06 aluminiumslegering er meget udbredt i bil-, rumfarts- og trykbeholderindustrien på grund af dens høje styrke og fremragende korrosionsbestandighed. Imidlertid gør dens høje termiske ledningsevne, lave viskositet og høje reflektivitet lasersvejsning udfordrende, hvilket ofte fører til dårlig formbarhed og alvorlige porøsitetsdefekter. Sammenlignet med enkeltlaser- eller MIG-svejsning demonstrerer laser-MIG-hybridsvejsning overlegen energikobling, smeltebassinstabilitet og formbarhed, hvilket forbedrer dyb penetration og modstand mod porøsitet. Ikke desto mindre, for 5A06 aluminiumslegering, fører fordampningen af magnesium og opløselighedsændringerne af brint stadig til betydelige porøsitetsproblemer, hvilket nødvendiggør yderligere undersøgelse af poredannelsesmekanismer og procesoptimering. Denne undersøgelse fokuserer på 6,9 mm tyk 5A06 aluminiumslegering, der analyserer mikrostrukturen, porøsitetsfordelingen, poredannelsesmekanismerne og mikrohårdhedsvariationerne af svejsede samlinger under hybridsvejsning. Den udforsker også passende kombinationer af svejsehastighed og laserkraft.
02 Oversigt
Forskningen analyserer systematisk de strukturelle egenskaber og porøsitetsproblemerne ved 6,9 mm tykke 5A06 aluminiumslegeringer under laser-MIG hybridsvejsning. Den afslører, at svejsehastighed er nøgleparameteren, der påvirker formbarhed, porøsitetshastighed og mekanisk ydeevne. Undersøgelsen identificerer porøsitet som den primære defekt, forårsaget af to hovedfaktorer: brintgasudfældning under hurtig størkning og magnesiumfordampning ved høje temperaturer, der danner bobler. Disse porer er hovedsageligt koncentreret i den øverste halvdel af svejsningen. Tilstedeværelsen af porer reducerer leddets hårdhed betydeligt. Mens kornforgrovning forårsager blødgøring i den varme-påvirkede zone (HAZ), skyldes blødgøring i svejsezonen (WB) hovedsageligt porer. Forskningen fremhæver, at porøsitet har en langt større indflydelse på hårdhedsreduktion end kornforgrovning, hvor lokal hårdhed falder til så lavt som 29 % af gennemsnitsværdien. Forskellige svejsehastigheder blev sammenlignet: for lav (2 m/min) resulterede i poreaggregering og lav hårdhed, mens for høj (3,5 m/min) førte til proces--inducerede porer ved svejseroden. Den optimale svejsehastighed viste sig at være 3 m/min, hvilket gav fine, ensartet fordelte porer, god indtrængning og højere hårdhed.
03 Figurer og analyse
Figur 1 illustrerer den makroskopiske morfologi af svejsninger under forskellige procesparametre. God penetration blev opnået ved hastigheder mellem 2-3,5 m/min, med fuldstændig svejsedannelse og ingen revner, hvilket fremhæver effektiviteten af laser-MIG hybrid svejsning sammenlignet med MIG alene.
Figur 2 viser de mikrostrukturelle karakteristika af svejsede samlinger, herunder svejsezone (WB), varme-påvirket zone (HAZ) og basismetal (BM). Svejsezonen består primært af ensaksede dendritter, med korn, der går fra søjleformede til ligeaksede nær fusionslinjen. Metallurgiske porer på 29-52 μm blev observeret i WB.
Figur 3 viser porefordelingen i forskellige regioner. Porer i den øvre svejsning (Region A) er primært metallurgiske, dannet på grund af forhindring af bobleudslip under størkning.
Figur 4 viser mikrohårdhedsfordelingen på tværs af svejsesamlinger. Både WB og HAZ udviste blødgøring, hvor porer udøvede en større indflydelse på hårdhedsreduktion end kornforgrovning. Højere svejsehastigheder øgede den gennemsnitlige hårdhed, med lidt højere hårdhed observeret i de øvre svejseområder.
04 Konklusion
Denne undersøgelse af 6,9 mm tykke 5A06 aluminiumslegeringer under laser-MIG hybridsvejsning giver følgende konklusioner:
1. Laser-MIG hybridsvejsning opnår en god penetration mellem 2-3,5 m/min, hvilket forbedrer svejsekvaliteten markant.
2. Porer koncentreres hovedsageligt i det øvre svejseområde, forårsaget af hydrogenudfældning og magnesiumfordampning. Porøsitet har større effekt på ledblødgøring end kornforgrovning.
3. Optimale parametre: lasereffekt 4,5 kW og svejsehastighed 3 m/min, hvilket giver lav porøsitet, lille porestørrelse og gunstig mikrohårdhedsfordeling.
4. Korrekt proceskontrol (overfladerensning, beskyttelsesgas og optimering af svejsehastighed) er afgørende for at reducere porøsiteten og forbedre svejseydelsen.
Reference
Original publikation: Journal of Manufacturing Processes, https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2018.08.011
