01 מבוא
סגסוגת אלומיניום 5A06 נמצאת בשימוש נרחב בתעשיות רכב, תעופה וחלל ומכלי לחץ בשל חוזקה הגבוה ועמידות בפני קורוזיה מעולה. עם זאת, המוליכות התרמית הגבוהה שלו, הצמיגות הנמוכה והרפלקטיביות הגבוהה הופכים את ריתוך הלייזר למאתגר, ולעתים קרובות מוביל ליכולת צורה לקויה ולפגמי נקבוביות חמורים. בהשוואה לריתוך לייזר בודד או MIG, ריתוך MIG היברידי בלייזר-מפגין צימוד אנרגיה מעולה, יציבות בריכה מותכת ויכולת צורה, משפר חדירה עמוקה ועמידות בפני נקבוביות. עם זאת, עבור סגסוגת אלומיניום 5A06, אידוי המגנזיום ושינויי המסיסות של מימן עדיין מובילים לבעיות נקבוביות משמעותיות, המחייבות חקירה נוספת של מנגנוני יצירת נקבוביות ואופטימיזציה של תהליך. מחקר זה מתמקד בסגסוגת אלומיניום בעובי 6.9 מ"מ 5A06, ניתוח המיקרו-מבנה, חלוקת הנקבוביות, מנגנוני יצירת הנקבוביות, וריאציות מיקרו-קשיות של מפרקים מרותכים תחת ריתוך היברידי. זה גם בוחן שילובים מתאימים של מהירות ריתוך וכוח לייזר.
02 סקירה כללית
המחקר מנתח באופן שיטתי את המאפיינים המבניים ובעיות הנקבוביות של חיבורי סגסוגת אלומיניום בעובי 6.9 מ"מ בעובי 5A06 תחת ריתוך היברידי בלייזר-MIG. הוא מגלה שמהירות הריתוך היא הפרמטר המרכזי המשפיע על יכולת הצורה, קצב הנקבוביות והביצועים המכניים. המחקר מזהה את הנקבוביות כפגם העיקרי, הנגרם על ידי שני גורמים עיקריים: גז מימן המשקע במהלך התמצקות מהירה, ואידוי מגנזיום בטמפרטורות גבוהות היוצרות בועות. נקבוביות אלו מתרכזות בעיקר במחצית העליונה של הריתוך. הנוכחות של נקבוביות מפחיתה באופן משמעותי את קשיות המפרק. בעוד שהתגבשות גרגרים גורמת לריכוך באזור-מושפע החום (HAZ), הריכוך באזור הריתוך (WB) נובע בעיקר מנקבוביות. המחקר מדגיש כי לנקבוביות יש השפעה גדולה בהרבה על הפחתת הקשיות מאשר התגבשות גרגרים, כאשר הקשיות המקומית יורדת עד ל-29% מהערך הממוצע. מהירויות ריתוך שונות הושוו: נמוכות מדי (2 מ'/דקה) הביאו לצבירה של נקבוביות וקשיות נמוכה, בעוד שגבוהות מדי (3.5 מ'/דקה) הובילו לנקבוביות המושרות על ידי תהליך- בשורש הריתוך. מהירות הריתוך האופטימלית נמצאה 3 מ' לדקה, מה שהשיג נקבוביות עדינות ומפוזרות באופן אחיד, חדירה טובה וקשיות גבוהה יותר.
03 דמויות וניתוח
איור 1 ממחיש את המורפולוגיה המקרוסקופית של ריתוכים תחת פרמטרים שונים של תהליך. חדירה טובה הושגה במהירויות שבין 2-3.5 מ' לדקה, עם היווצרות ריתוך מלאה וללא סדקים, מה שמדגיש את היעילות של ריתוך לייזר-MIG היבריד בהשוואה ל-MIG בלבד.
איור 2 מציג את המאפיינים המיקרו-סטרוקטורליים של מפרקים מרותכים, כולל אזור ריתוך (WB), אזור מושפע חום (HAZ) ומתכת בסיסית (BM). אזור הריתוך מורכב בעיקר מדנדריטים שוות-צירים, כאשר גרגרים עוברים מעמודים לשווים-צירים ליד קו ההיתוך. נקבוביות מטלורגיות של 29-52 מיקרומטר נצפו ב-WB.
איור 3 מציג את התפלגות הנקבוביות באזורים שונים. נקבוביות הריתוך העליון (אזור A) הן בעיקר מתכות, שנוצרות עקב חסימת בריחת בועות במהלך התמצקות.
איור 4 מציג את התפלגות המיקרו-קשיות על פני חיבורי הריתוך. גם ה-WB וגם ה-HAZ הפגינו ריכוך, כאשר הנקבוביות השפיעו יותר על הפחתת הקשיות מאשר התגבשות הגרגרים. מהירויות ריתוך גבוהות יותר הגדילו את הקשיות הממוצעת, כאשר קשיות מעט גבוהה יותר נצפתה באזורי הריתוך העליונים.
04 מסקנה
מחקר זה על חיבורי סגסוגת אלומיניום בעובי 6.9 מ"מ 5A06 תחת ריתוך לייזר-MIG היבריד מספק את המסקנות הבאות:
1. ריתוך היבריד בלייזר-MIG משיג חדירה טובה בין 2-3.5 מ' לדקה, ומשפר משמעותית את איכות הריתוך.
2. נקבוביות מתרכזות בעיקר באזור הריתוך העליון, הנגרמות על ידי משקעי מימן ואיוד מגנזיום. לנקבוביות יש השפעה גדולה יותר על ריכוך המפרק מאשר התגבשות גרגרים.
3. פרמטרים אופטימליים: הספק לייזר 4.5 קילוואט ומהירות ריתוך 3 מ'/דקה, מניב נקבוביות נמוכה, גודל נקבוביות קטן וחלוקת מיקרו-קשיות נוחה.
4. בקרת תהליכים נכונה (ניקוי פני השטח, גז מגן ואופטימיזציה של מהירות ריתוך) חיונית להפחתת הנקבוביות ולשיפור ביצועי הריתוך.
הַפנָיָה
פרסום מקורי: Journal of Manufacturing Processes, https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2018.08.011
