01 Inleiding
5A06 aluminiumlegering wordt veel gebruikt in de automobiel-, ruimtevaart- en drukvatindustrie vanwege de hoge sterkte en uitstekende corrosieweerstand. De hoge thermische geleidbaarheid, lage viscositeit en hoge reflectiviteit maken laserlassen echter uitdagend, wat vaak leidt tot slechte vervormbaarheid en ernstige porositeitsdefecten. Vergeleken met enkelvoudig laser- of MIG-lassen vertoont laser-MIG-hybride lassen een superieure energiekoppeling, stabiliteit van het smeltbad en vervormbaarheid, waardoor de diepe penetratie en de weerstand tegen porositeit worden verbeterd. Niettemin leiden de verdamping van magnesium en de oplosbaarheidsveranderingen van waterstof voor de 5A06-aluminiumlegering nog steeds tot aanzienlijke porositeitsproblemen, wat verder onderzoek naar poriënvormingsmechanismen en procesoptimalisatie noodzakelijk maakt. Deze studie richt zich op de 6,9 mm dikke 5A06 aluminiumlegering, waarbij de microstructuur, porositeitsverdeling, poriënvormingsmechanismen en microhardheidsvariaties van lasverbindingen onder hybride lassen worden geanalyseerd. Ook worden geschikte combinaties van lassnelheid en laservermogen onderzocht.
02 Overzicht
Het onderzoek analyseert systematisch de structurele kenmerken en porositeitsproblemen van verbindingen van 6,9 mm dikke 5A06-aluminiumlegeringen onder laser-MIG-hybride lassen. Het laat zien dat lassnelheid de belangrijkste parameter is die de vervormbaarheid, porositeit en mechanische prestaties beïnvloedt. De studie identificeert porositeit als het belangrijkste defect, veroorzaakt door twee belangrijke factoren: waterstofgas dat neerslaat tijdens snelle stolling, en magnesiumverdamping bij hoge temperaturen, waarbij belletjes ontstaan. Deze poriën zijn vooral geconcentreerd in de bovenste helft van de las. De aanwezigheid van poriën vermindert de gewrichtshardheid aanzienlijk. Terwijl het grof worden van de korrels verzachting in de door hitte beïnvloede zone (HAZ) veroorzaakt, is verzachting in de laszone (WB) voornamelijk te wijten aan poriën. Het onderzoek benadrukt dat porositeit een veel grotere impact heeft op de vermindering van de hardheid dan het verruwen van korrels, waarbij de lokale hardheid daalt tot slechts 29% van de gemiddelde waarde. Er werden verschillende lassnelheden vergeleken: een te lage (2 m/min) resulteerde in poriënaggregatie en een lage hardheid, terwijl een te hoge (3,5 m/min) leidde tot proces-geïnduceerde poriën bij de laswortel. De optimale lassnelheid bleek 3 m/min te zijn, waardoor fijne, gelijkmatig verdeelde poriën, goede penetratie en hogere hardheid werden bereikt.
03 Cijfers en analyse
Figuur 1 illustreert de macroscopische morfologie van lassen onder verschillende procesparameters. Er werd een goede penetratie bereikt bij snelheden tussen 2 en 3,5 m/min, met volledige lasvorming en zonder scheuren, wat de effectiviteit van laser-MIG hybride lassen benadrukt in vergelijking met alleen MIG.
Figuur 2 toont de microstructurele kenmerken van lasverbindingen, inclusief laszone (WB), door hitte-beïnvloede zone (HAZ) en basismetaal (BM). De laszone bestaat voornamelijk uit gelijkassige dendrieten, waarbij de korrels nabij de smeltlijn overgaan van kolomvormig naar gelijkassig. Metallurgische poriën van 29-52 μm werden waargenomen in de WB.
Figuur 3 toont de poriënverdeling in verschillende regio's. Poriën in de bovenste las (Regio A) zijn voornamelijk metallurgisch en worden gevormd als gevolg van de obstructie van het ontsnappen van bellen tijdens het stollen.
Figuur 4 toont de verdeling van de microhardheid over lasverbindingen. Zowel de WB als de HAZ vertoonden verzachting, waarbij poriën een grotere invloed uitoefenden op de hardheidsvermindering dan korrelvergroving. Hogere lassnelheden verhoogden de gemiddelde hardheid, waarbij een iets hogere hardheid werd waargenomen in de bovenste lasgebieden.
04 Conclusie
Dit onderzoek naar verbindingen van 6,9 mm dikke 5A06-aluminiumlegeringen onder laser-MIG hybride lassen levert de volgende conclusies op:
1. Laser-MIG-hybridelassen bereikt een goede penetratie tussen 2 en 3,5 m/min, waardoor de laskwaliteit aanzienlijk wordt verbeterd.
2. De poriën concentreren zich voornamelijk in het bovenste lasgebied, veroorzaakt door waterstofneerslag en magnesiumverdamping. Porositeit heeft een groter effect op het verzachten van de voegen dan op het vergroven van de korrels.
3. Optimale parameters: laservermogen 4,5 kW en lassnelheid 3 m/min, wat een lage porositeit, kleine poriegrootte en gunstige microhardheidsverdeling oplevert.
4. Een goede procescontrole (oppervlaktereiniging, beschermgas en optimalisatie van de lassnelheid) is essentieel om de porositeit te verminderen en de lasprestaties te verbeteren.
Referentie
Oorspronkelijke publicatie: Journal of Manufacturing Processes, https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2018.08.011
