01 Giriş
5A06 alüminyum alaşımı, yüksek mukavemeti ve mükemmel korozyon direnci nedeniyle otomotiv, havacılık ve basınçlı kap endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, yüksek termal iletkenliği, düşük viskozitesi ve yüksek yansıtma özelliği, lazer kaynağını zorlaştırır ve çoğu zaman zayıf şekillendirilebilirliğe ve ciddi gözeneklilik kusurlarına yol açar. Tek lazer veya MIG kaynağıyla karşılaştırıldığında, lazer-MIG hibrit kaynağı üstün enerji bağlantısı, erimiş havuz stabilitesi ve şekillendirilebilirlik göstererek derin nüfuziyeti ve gözenekliliğe karşı direnci geliştirir. Bununla birlikte, 5A06 alüminyum alaşımı için, magnezyumun buharlaşması ve hidrojenin çözünürlük değişiklikleri hala önemli gözeneklilik sorunlarına yol açmakta ve gözenek oluşumu mekanizmaları ve işlem optimizasyonu konusunda daha fazla araştırma yapılmasını gerektirmektedir. Bu çalışma, hibrit kaynak altında kaynaklı bağlantıların mikro yapısını, gözeneklilik dağılımını, gözenek oluşum mekanizmalarını ve mikro sertlik değişimlerini analiz eden 6,9 mm kalınlığındaki 5A06 alüminyum alaşımına odaklanmaktadır. Ayrıca kaynak hızı ve lazer gücünün uygun kombinasyonlarını da araştırır.
02 Genel Bakış
Araştırma, lazer-MIG hibrit kaynak altında 6,9 mm kalınlığındaki 5A06 alüminyum alaşımlı bağlantıların yapısal özelliklerini ve gözeneklilik sorunlarını sistematik olarak analiz ediyor. Kaynak hızının şekillendirilebilirliği, gözeneklilik oranını ve mekanik performansı etkileyen anahtar parametre olduğunu ortaya koymaktadır. Çalışma, gözenekliliği iki ana faktörün neden olduğu birincil kusur olarak tanımlıyor: hızlı katılaşma sırasında çöken hidrojen gazı ve yüksek sıcaklıklarda kabarcıklar oluşturan magnezyum buharlaşması. Bu gözenekler çoğunlukla kaynağın üst yarısında yoğunlaşmıştır. Gözeneklerin varlığı eklem sertliğini önemli ölçüde azaltır. Tane irileşmesi ısıdan- etkilenen bölgede (HAZ) yumuşamaya neden olurken, kaynak bölgesindeki (WB) yumuşama esas olarak gözeneklerden kaynaklanmaktadır. Araştırma, gözenekliliğin sertliğin azaltılmasında tane irileşmesinden çok daha büyük bir etkiye sahip olduğunu ve yerel sertliğin ortalama değerin %29'una kadar düştüğünü vurguluyor. Farklı kaynak hızları karşılaştırıldı: çok düşük (2 m/dak) gözenek birikmesine ve düşük sertliğe neden olurken, çok yüksek (3,5 m/dak) kaynak kökünde prosesin- neden olduğu gözeneklere yol açtı. Optimum kaynak hızının 3 m/dak olduğu bulundu; bu, ince, eşit şekilde dağıtılmış gözenekler, iyi nüfuziyet ve daha yüksek sertlik elde etti.
03 Rakamlar ve Analiz
Şekil 1, farklı işlem parametreleri altında kaynakların makroskopik morfolojisini göstermektedir. 2–3,5 m/dak arasındaki hızlarda, tam kaynak oluşumuyla ve hiçbir çatlak olmadan iyi bir nüfuziyet elde edildi; bu, lazer-MIG hibrit kaynağın tek başına MIG ile karşılaştırıldığında etkinliğini vurguluyor.
Şekil 2, kaynak bölgesi (WB), ısıdan-etkilenen bölge (HAZ) ve ana metal (BM) dahil olmak üzere kaynaklı bağlantıların mikroyapısal özelliklerini göstermektedir. Kaynak bölgesi esas olarak, füzyon hattının yakınında sütun şeklinden eş eksenliye geçiş yapan taneler içeren eş eksenli dendritlerden oluşur. WB'de 29-52 μm'lik metalurjik gözenekler gözlendi.
Şekil 3 farklı bölgelerdeki gözenek dağılımını göstermektedir. Üst kaynaktaki (Bölge A) gözenekler öncelikle metalurjiktir ve katılaşma sırasında kabarcık kaçışının engellenmesinden dolayı oluşur.
Şekil 4 kaynak bağlantılarındaki mikro sertlik dağılımını göstermektedir. Hem WB hem de HAZ yumuşama sergiledi; gözenekler sertliğin azaltılmasında tane irileşmesinden daha büyük bir etkiye sahipti. Daha yüksek kaynak hızları ortalama sertliği artırdı ve üst kaynak bölgelerinde biraz daha yüksek sertlik gözlemlendi.
04 Sonuç
Lazer-MIG hibrit kaynak altında 6,9 mm kalınlığında 5A06 alüminyum alaşımlı bağlantılar üzerinde yapılan bu çalışma aşağıdaki sonuçları sağlar:
1. Lazer-MIG hibrit kaynak, 2–3,5 m/dak arasında iyi bir nüfuziyet sağlayarak kaynak kalitesini önemli ölçüde artırır.
2. Hidrojen çökelmesi ve magnezyum buharlaşmasının neden olduğu gözenekler çoğunlukla üst kaynak bölgesinde yoğunlaşır. Gözenekliliğin, derzlerin yumuşaması üzerinde tane irileşmesinden daha büyük bir etkisi vardır.
3. Optimal parametreler: 4,5 kW lazer gücü ve 3 m/dak kaynak hızı, düşük gözeneklilik, küçük gözenek boyutu ve uygun mikro sertlik dağılımı sağlar.
4. Gözenekliliğin azaltılması ve kaynak performansının iyileştirilmesi için uygun proses kontrolü (yüzey temizliği, koruyucu gaz ve kaynak hızı optimizasyonu) şarttır.
Referans
Orijinal yayın: Üretim Süreçleri Dergisi, https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2018.08.011
