01 Giới thiệu
Hợp kim nhôm 5A06 được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp ô tô, hàng không vũ trụ và bình chịu áp lực do độ bền cao và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời. Tuy nhiên, độ dẫn nhiệt cao, độ nhớt thấp và độ phản xạ cao khiến việc hàn laser trở nên khó khăn, thường dẫn đến khả năng tạo hình kém và khiếm khuyết độ xốp nghiêm trọng. So với hàn laser đơn hoặc hàn MIG, hàn lai MIG laser- thể hiện khả năng ghép năng lượng vượt trội, độ ổn định và khả năng định hình của vũng nóng chảy, cải thiện khả năng xuyên thấu sâu và khả năng chống rỗ. Tuy nhiên, đối với hợp kim nhôm 5A06, sự bay hơi của magiê và sự thay đổi độ hòa tan của hydro vẫn dẫn đến các vấn đề về độ xốp đáng kể, đòi hỏi phải nghiên cứu sâu hơn về cơ chế hình thành lỗ rỗng và tối ưu hóa quy trình. Nghiên cứu này tập trung vào hợp kim nhôm 5A06 dày 6,9 mm, phân tích vi cấu trúc, phân bố độ xốp, cơ chế hình thành lỗ rỗng và sự biến đổi độ cứng tế vi của mối hàn trong phương pháp hàn lai. Nó cũng khám phá sự kết hợp phù hợp giữa tốc độ hàn và công suất laser.
02 Tổng quan
Nghiên cứu này phân tích một cách có hệ thống các đặc điểm cấu trúc và các vấn đề về độ xốp của các mối nối hợp kim nhôm 5A06 dày 6,9 mm trong phương pháp hàn lai MIG-laser. Nó tiết lộ rằng tốc độ hàn là thông số chính ảnh hưởng đến khả năng tạo hình, tỷ lệ độ xốp và hiệu suất cơ học. Nghiên cứu xác định độ xốp là khiếm khuyết chính, gây ra bởi hai yếu tố chính: khí hydro kết tủa trong quá trình đông đặc nhanh và sự bay hơi magiê ở nhiệt độ cao tạo thành bong bóng. Các lỗ rỗng này tập trung chủ yếu ở nửa trên của mối hàn. Sự hiện diện của lỗ chân lông làm giảm đáng kể độ cứng của khớp. Trong khi quá trình tạo hạt thô gây ra hiện tượng mềm ở vùng ảnh hưởng nhiệt-(HAZ), thì hiện tượng mềm ở vùng hàn (WB) chủ yếu là do các lỗ rỗng. Nghiên cứu nhấn mạnh rằng độ xốp có tác động lớn hơn đến việc giảm độ cứng so với việc làm thô hạt, với độ cứng cục bộ giảm xuống mức thấp tới 29% giá trị trung bình. Các tốc độ hàn khác nhau được so sánh: quá thấp (2 m/phút) dẫn đến sự kết tụ lỗ rỗng và độ cứng thấp, trong khi quá cao (3,5 m/phút) dẫn đến quá trình tạo ra các lỗ rỗng ở chân mối hàn. Tốc độ hàn tối ưu được tìm thấy là 3 m/phút, giúp đạt được các lỗ mịn, phân bố đồng đều, độ xuyên thấu tốt và độ cứng cao hơn.
03 Số liệu và phân tích
Hình 1 minh họa hình thái vĩ mô của mối hàn dưới các thông số quy trình khác nhau. Đạt được độ xuyên thấu tốt ở tốc độ từ 2–3,5 m/phút, với mối hàn hình thành hoàn chỉnh và không có vết nứt, điều này làm nổi bật tính hiệu quả của phương pháp hàn lai MIG{4}}bằng laser so với chỉ hàn MIG.
Hình 2 cho thấy các đặc điểm cấu trúc vi mô của mối hàn, bao gồm vùng hàn (WB), vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) và kim loại cơ bản (BM). Vùng hàn chủ yếu bao gồm các sợi nhánh đẳng trục, với các hạt chuyển từ cột sang đẳng trục gần đường nóng chảy. Các lỗ chân lông luyện kim có kích thước 29–52 μm đã được quan sát thấy ở WB.
Hình 3 trình bày sự phân bố lỗ chân lông ở các vùng khác nhau. Các lỗ rỗng ở mối hàn phía trên (Vùng A) chủ yếu là lỗ rỗng luyện kim, được hình thành do sự cản trở sự thoát bong bóng trong quá trình đông đặc.
Hình 4 cho thấy sự phân bố độ cứng vi mô trên các mối hàn. Cả WB và HAZ đều thể hiện sự mềm đi, với các lỗ rỗng có ảnh hưởng lớn hơn đến việc giảm độ cứng so với quá trình làm thô hạt. Tốc độ hàn cao hơn làm tăng độ cứng trung bình, với độ cứng cao hơn một chút ở các vùng hàn phía trên.
04 Kết luận
Nghiên cứu này về các mối nối hợp kim nhôm 5A06 dày 6,9 mm bằng phương pháp hàn lai MIG bằng laser- đưa ra các kết luận sau:
1. Hàn laser-MIG hybrid đạt được độ xuyên thấu tốt trong khoảng 2–3,5 m/phút, cải thiện đáng kể chất lượng mối hàn.
2. Lỗ chân lông chủ yếu tập trung ở vùng hàn phía trên, do kết tủa hydro và bay hơi magiê. Độ xốp có tác dụng làm mềm khớp lớn hơn so với việc làm thô hạt.
3. Thông số tối ưu: công suất laser 4,5 kW và tốc độ hàn 3 m/phút, cho độ xốp thấp, kích thước lỗ nhỏ và phân bố độ cứng vi mô thuận lợi.
4. Kiểm soát quy trình thích hợp (làm sạch bề mặt, khí bảo vệ và tối ưu hóa tốc độ hàn) là điều cần thiết để giảm độ xốp và cải thiện hiệu suất mối hàn.
Thẩm quyền giải quyết
Ấn phẩm gốc: Tạp chí Quy trình Sản xuất, https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2018.08.011
