01 Úvod
Hliníková slitina 5A06 je široce používána v automobilovém, leteckém a tlakovém průmyslu díky své vysoké pevnosti a vynikající odolnosti proti korozi. Jeho vysoká tepelná vodivost, nízká viskozita a vysoká odrazivost však činí laserové svařování náročným, což často vede ke špatné tvarovatelnosti a vážným defektům poréznosti. Ve srovnání s jednoduchým laserem nebo MIG svařováním, laserové-hybridní MIG svařování demonstruje vynikající propojení energie, stabilitu roztavené lázně a tvarovatelnost, zlepšuje hluboké pronikání a odolnost proti poréznosti. Nicméně u hliníkové slitiny 5A06 vedou vypařování hořčíku a změny rozpustnosti vodíku stále k významným problémům s porézností, což vyžaduje další zkoumání mechanismů tvorby pórů a optimalizaci procesu. Tato studie se zaměřuje na hliníkovou slitinu 5A06 o tloušťce 6,9 mm, analyzuje mikrostrukturu, distribuci poréznosti, mechanismy tvorby pórů a variace mikrotvrdosti svarových spojů při hybridním svařování. Zkoumá také vhodné kombinace rychlosti svařování a výkonu laseru.
02 Přehled
Výzkum systematicky analyzuje strukturální charakteristiky a problémy poréznosti spojů z hliníkové slitiny 5A06 o tloušťce 6,9 mm při laserovém- hybridním svařování MIG. Odhaluje, že rychlost svařování je klíčovým parametrem ovlivňujícím tvarovatelnost, míru poréznosti a mechanické vlastnosti. Studie identifikuje poréznost jako primární defekt způsobený dvěma hlavními faktory: plynným vodíkem srážejícím se během rychlého tuhnutí a odpařováním hořčíku při vysokých teplotách tvořících bubliny. Tyto póry jsou soustředěny především v horní polovině svaru. Přítomnost pórů výrazně snižuje tvrdost spoje. Zatímco hrubnutí zrna způsobuje měknutí v zóně ovlivněné teplem (HAZ), měknutí v zóně svaru (WB) je způsobeno hlavně póry. Výzkum zdůrazňuje, že pórovitost má mnohem větší vliv na snížení tvrdosti než hrubnutí zrna, přičemž místní tvrdost klesá až na 29 % průměrné hodnoty. Byly porovnány různé rychlosti svařování: příliš nízké (2 m/min) vedly k agregaci pórů a nízké tvrdosti, zatímco příliš vysoké (3,5 m/min) vedly ke zpracování -indukovaných pórů v kořeni svaru. Optimální rychlost svařování byla zjištěna 3 m/min, čímž bylo dosaženo jemných, rovnoměrně rozmístěných pórů, dobré penetrace a vyšší tvrdosti.
03 Čísla a analýza
Obrázek 1 znázorňuje makroskopickou morfologii svarů při různých procesních parametrech. Dobrého průvaru bylo dosaženo při rychlostech mezi 2–3,5 m/min, s kompletní tvorbou svaru a bez prasklin, což zvýrazňuje účinnost laserového-hybridního svařování MIG ve srovnání se samotným MIG.
Obrázek 2 ukazuje mikrostrukturální charakteristiky svarových spojů, včetně svarové zóny (WB), tepelně-ovlivněné zóny (HAZ) a základního kovu (BM). Svarová zóna se primárně skládá z rovnoosých dendritů, se zrny přecházejícími ze sloupcového do rovnoosého v blízkosti tavné linie. V WB byly pozorovány metalurgické póry 29–52 μm.
Obrázek 3 znázorňuje distribuci pórů v různých oblastech. Póry v horním svaru (oblast A) jsou primárně metalurgické, vzniklé v důsledku bránění úniku bublin během tuhnutí.
Obrázek 4 ukazuje rozložení mikrotvrdosti napříč svarovými spoji. WB i HAZ vykazovaly změkčení, přičemž póry měly větší vliv na snížení tvrdosti než hrubnutí zrna. Vyšší rychlosti svařování zvýšily průměrnou tvrdost, s mírně vyšší tvrdostí pozorovanou v horních oblastech svaru.
04 Závěr
Tato studie spojů z hliníkové slitiny 5A06 o tloušťce 6,9 mm pod laserovým-hybridním svařováním MIG poskytuje následující závěry:
1. Laserové-hybridní svařování MIG dosahuje dobrého průvaru mezi 2–3,5 m/min, což výrazně zlepšuje kvalitu svaru.
2. Póry se koncentrují hlavně v horní oblasti svaru, což je způsobeno srážením vodíku a odpařováním hořčíku. Pórovitost má větší vliv na měknutí spár než hrubnutí zrna.
3. Optimální parametry: výkon laseru 4,5 kW a rychlost svařování 3 m/min, poskytující nízkou poréznost, malou velikost pórů a příznivé rozložení mikrotvrdosti.
4. Správné řízení procesu (čištění povrchu, ochranný plyn a optimalizace rychlosti svařování) je nezbytné pro snížení poréznosti a zlepšení výkonu svaru.
Odkaz
Původní publikace: Journal of Manufacturing Processes, https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2018.08.011
