01 Įvadas
5A06 aliuminio lydinys yra plačiai naudojamas automobilių, aviacijos ir slėginių indų pramonėje dėl didelio stiprumo ir puikaus atsparumo korozijai. Tačiau dėl didelio šilumos laidumo, mažo klampumo ir didelio atspindėjimo lazerinis suvirinimas yra sudėtingas, todėl dažnai blogai formuojasi ir atsiranda didelių poringumo defektų. Palyginti su vieno lazerio arba MIG suvirinimu, hibridinis suvirinimas lazeriu{4}} pasižymi puikiu energijos sujungimu, išlydyto baseino stabilumu ir formavimu, pagerina gilų įsiskverbimą ir atsparumą poringumui. Nepaisant to, 5A06 aliuminio lydinio atveju magnio išgaravimas ir vandenilio tirpumo pokyčiai vis dar sukelia didelių poringumo problemų, todėl reikia toliau tirti porų susidarymo mechanizmus ir optimizuoti procesą. Šiame tyrime daugiausia dėmesio skiriama 6,9 mm storio 5A06 aliuminio lydiniui, analizuojant suvirintų jungčių mikrostruktūrą, poringumo pasiskirstymą, porų susidarymo mechanizmus ir mikrokietumo svyravimus hibridinio suvirinimo metu. Jame taip pat nagrinėjami tinkami suvirinimo greičio ir lazerio galios deriniai.
02 Apžvalga
Tyrimo metu sistemingai analizuojamos 6,9 mm storio 5A06 aliuminio lydinio jungčių konstrukcinės charakteristikos ir poringumo problemos, atliekamos atliekant hibridinį suvirinimą lazeriu-MIG. Tai atskleidžia, kad suvirinimo greitis yra pagrindinis parametras, turintis įtakos formavimui, poringumui ir mechaninėms savybėms. Tyrime nustatyta, kad poringumas yra pagrindinis defektas, kurį sukelia du pagrindiniai veiksniai: vandenilio dujos, nusodinamos greito kietėjimo metu, ir magnio garavimas aukštoje temperatūroje, formuojant burbuliukus. Šios poros daugiausia susitelkusios viršutinėje siūlės pusėje. Porų buvimas žymiai sumažina sąnarių kietumą. Nors grūdelių sutirštėjimas sukelia suminkštėjimą -šilumos paveiktoje zonoje (HAZ), minkštėjimą suvirinimo zonoje (WB) daugiausia lemia poros. Tyrime pabrėžiama, kad poringumas turi daug didesnį poveikį kietumo mažinimui nei grūdelių grubinimas, o vietinis kietumas sumažėja iki 29 % vidutinės vertės. Palyginti skirtingi suvirinimo greičiai: per mažas (2 m/min.) sąlygojo porų susikaupimą ir mažą kietumą, o per didelis (3,5 m/min) sukėlė proceso -sukeltas poras suvirinimo šaknyje. Nustatyta, kad optimalus suvirinimo greitis yra 3 m/min., todėl gaunamos smulkios, tolygiai paskirstytos poros, geras įsiskverbimas ir didesnis kietumas.
03 Skaičiai ir analizė
1 paveiksle pavaizduota makroskopinė suvirinimo siūlių morfologija esant skirtingiems proceso parametrams. Geras įsiskverbimas buvo pasiektas esant 2–3,5 m/min greičiu, visiškai susiformavus suvirinimo siūlei ir be įtrūkimų, o tai pabrėžia hibridinio suvirinimo lazeriu- efektyvumą, palyginti su tik MIG.
2 paveiksle parodytos suvirintų jungčių mikrostruktūrinės charakteristikos, įskaitant suvirinimo zoną (WB), karščio paveiktą zoną (HAZ) ir netauriuosius metalus (BM). Suvirinimo zoną daugiausia sudaro lygiašiai dendritai, o grūdeliai pereina iš stulpelio į lygiašį šalia lydymosi linijos. PB buvo pastebėtos 29–52 μm metalurginės poros.
3 paveiksle parodytas porų pasiskirstymas skirtinguose regionuose. Viršutinėje suvirinimo siūlėje (A regione) esančios poros pirmiausia yra metalurginės, susidariusios dėl kliūties burbulams išeiti kietėjimo metu.
4 paveiksle parodytas mikrokietumo pasiskirstymas per suvirinimo siūles. Tiek WB, tiek HAZ suminkštėjo, o poros daro didesnę įtaką kietumo mažinimui nei grūdelių sutirštėjimas. Didesnis suvirinimo greitis padidino vidutinį kietumą, šiek tiek didesnis kietumas buvo pastebėtas viršutinėse suvirinimo srityse.
04 Išvada
Šis 6,9 mm storio 5A06 aliuminio lydinio jungčių tyrimas naudojant hibridinį lazerinį-MIG suvirinimą pateikia šias išvadas:
1. Lazerinis-MIG hibridinis suvirinimas užtikrina gerą prasiskverbimą 2–3,5 m/min greičiu, o tai žymiai pagerina suvirinimo kokybę.
2. Poros daugiausia koncentruojasi viršutinėje suvirinimo srityje, kurią sukelia vandenilio nusodinimas ir magnio išgaravimas. Poringumas turi didesnę įtaką siūlių minkštėjimui nei grūdelių rupėjimas.
3. Optimalūs parametrai: lazerio galia 4,5 kW ir suvirinimo greitis 3 m/min, todėl mažas poringumas, mažas porų dydis ir palankus mikrokietumo pasiskirstymas.
4. Tinkama proceso kontrolė (paviršiaus valymas, apsauginės dujos ir suvirinimo greičio optimizavimas) yra būtinas norint sumažinti poringumą ir pagerinti suvirinimo našumą.
Nuoroda
Originalus leidinys: Journal of Manufacturing Processes, https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2018.08.011
