01 Einführung
Die Aluminiumlegierung 5A06 wird aufgrund ihrer hohen Festigkeit und hervorragenden Korrosionsbeständigkeit häufig in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt- sowie Druckbehälterindustrie eingesetzt. Allerdings machen die hohe Wärmeleitfähigkeit, die niedrige Viskosität und das hohe Reflexionsvermögen das Laserschweißen zu einer Herausforderung, was oft zu einer schlechten Formbarkeit und schweren Porositätsfehlern führt. Im Vergleich zum Einzellaser- oder MIG-Schweißen weist das Laser-MIG-Hybridschweißen eine überlegene Energiekopplung, Schmelzbadstabilität und Formbarkeit auf und verbessert die Eindringtiefe und den Widerstand gegen Porosität. Dennoch führen bei der Aluminiumlegierung 5A06 die Verdampfung von Magnesium und die Löslichkeitsänderungen von Wasserstoff immer noch zu erheblichen Porositätsproblemen, was eine weitere Untersuchung der Porenbildungsmechanismen und Prozessoptimierung erforderlich macht. Diese Studie konzentriert sich auf die 6,9 mm dicke Aluminiumlegierung 5A06 und analysiert die Mikrostruktur, Porositätsverteilung, Porenbildungsmechanismen und Mikrohärteschwankungen von Schweißverbindungen beim Hybridschweißen. Außerdem werden geeignete Kombinationen von Schweißgeschwindigkeit und Laserleistung untersucht.
02 Übersicht
Die Forschung analysiert systematisch die strukturellen Eigenschaften und Porositätsprobleme von 6,9 mm dicken 5A06-Aluminiumlegierungsverbindungen beim Laser-MIG-Hybridschweißen. Es zeigt sich, dass die Schweißgeschwindigkeit der Schlüsselparameter für die Formbarkeit, den Porositätsgrad und die mechanische Leistung ist. Die Studie identifiziert Porosität als primären Defekt, der durch zwei Hauptfaktoren verursacht wird: Wasserstoffgas, das während der schnellen Erstarrung ausfällt, und Magnesiumverdampfung bei hohen Temperaturen, die Blasen bildet. Diese Poren konzentrieren sich hauptsächlich in der oberen Hälfte der Schweißnaht. Das Vorhandensein von Poren verringert die Gelenkhärte erheblich. Während die Kornvergröberung zu einer Erweichung in der Wärmeeinflusszone (HAZ) führt, ist die Erweichung in der Schweißzone (WB) hauptsächlich auf Poren zurückzuführen. Die Untersuchung zeigt, dass die Porosität einen weitaus größeren Einfluss auf die Härtereduzierung hat als die Kornvergröberung, wobei die lokale Härte auf nur 29 % des Durchschnittswerts sinkt. Es wurden verschiedene Schweißgeschwindigkeiten verglichen: Zu niedrige (2 m/min) führten zu Porenaggregation und geringer Härte, während zu hohe (3,5 m/min) zu prozessbedingten Poren an der Schweißnahtwurzel führten. Als optimale Schweißgeschwindigkeit wurde 3 m/min ermittelt, wodurch feine, gleichmäßig verteilte Poren, eine gute Eindringung und eine höhere Härte erreicht wurden.
03 Zahlen und Analysen
Abbildung 1 veranschaulicht die makroskopische Morphologie von Schweißnähten unter verschiedenen Prozessparametern. Bei Geschwindigkeiten zwischen 2 und 3,5 m/min wurde eine gute Eindringung mit vollständiger Schweißnahtbildung und ohne Risse erreicht, was die Wirksamkeit des Laser-MIG-Hybridschweißens im Vergleich zum MIG-Schweißen allein unterstreicht.
Abbildung 2 zeigt die mikrostrukturellen Eigenschaften von Schweißverbindungen, einschließlich Schweißzone (WB), Wärmeeinflusszone (HAZ) und Grundmetall (BM). Die Schweißzone besteht hauptsächlich aus gleichachsigen Dendriten, wobei die Körner in der Nähe der Schmelzlinie von säulenförmig zu gleichachsig übergehen. Im WB wurden metallurgische Poren von 29–52 μm beobachtet.
Abbildung 3 zeigt die Porenverteilung in verschiedenen Regionen. Poren in der oberen Schweißnaht (Bereich A) sind hauptsächlich metallurgischer Natur und entstehen durch die Behinderung des Blasenaustritts während der Erstarrung.
Abbildung 4 zeigt die Mikrohärteverteilung über Schweißverbindungen. Sowohl der WB als auch die HAZ zeigten eine Erweichung, wobei die Poren einen größeren Einfluss auf die Härtereduzierung hatten als die Kornvergröberung. Höhere Schweißgeschwindigkeiten erhöhten die durchschnittliche Härte, wobei in den oberen Schweißbereichen eine etwas höhere Härte beobachtet wurde.
04 Fazit
Diese Studie zu 6,9 mm dicken Verbindungen aus 5A06-Aluminiumlegierungen beim Laser-MIG-Hybridschweißen liefert die folgenden Schlussfolgerungen:
1. Das Laser-MIG-Hybridschweißen erreicht eine gute Eindringtiefe zwischen 2 und 3,5 m/min und verbessert so die Schweißqualität deutlich.
2. Poren konzentrieren sich hauptsächlich im oberen Schweißbereich, verursacht durch Wasserstoffausfällung und Magnesiumverdampfung. Porosität hat einen größeren Einfluss auf die Gelenkerweichung als die Kornvergröberung.
3. Optimale Parameter: Laserleistung 4,5 kW und Schweißgeschwindigkeit 3 m/min, was zu geringer Porosität, kleiner Porengröße und günstiger Mikrohärteverteilung führt.
4. Eine ordnungsgemäße Prozesskontrolle (Oberflächenreinigung, Schutzgas und Optimierung der Schweißgeschwindigkeit) ist unerlässlich, um die Porosität zu reduzieren und die Schweißleistung zu verbessern.
Referenz
Originalveröffentlichung: Journal of Manufacturing Processes, https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2018.08.011
