01 บทนำ
อลูมิเนียมอัลลอยด์ 5A06 ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมยานยนต์ การบินและอวกาศ และภาชนะรับความดัน เนื่องจากมีความแข็งแรงสูงและทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม อย่างไรก็ตาม ค่าการนำความร้อนสูง ความหนืดต่ำ และการสะท้อนแสงสูงทำให้การเชื่อมด้วยเลเซอร์มีความท้าทาย ซึ่งมักจะนำไปสู่การขึ้นรูปที่ไม่ดีและข้อบกพร่องที่มีรูพรุนอย่างรุนแรง เมื่อเปรียบเทียบกับการเชื่อมด้วยเลเซอร์เดี่ยวหรือ MIG การเชื่อมด้วยเลเซอร์-MIG แบบไฮบริดแสดงให้เห็นถึงการเชื่อมต่อพลังงานที่เหนือกว่า ความเสถียรของบ่อหลอมเหลว และความสามารถในการขึ้นรูป ปรับปรุงการเจาะลึกและความต้านทานต่อความพรุน อย่างไรก็ตาม สำหรับอะลูมิเนียมอัลลอยด์ 5A06 การระเหยของแมกนีเซียมและการเปลี่ยนแปลงความสามารถในการละลายของไฮโดรเจนยังคงนำไปสู่ปัญหาความพรุนที่สำคัญ ซึ่งจำเป็นต้องมีการตรวจสอบเพิ่มเติมเกี่ยวกับกลไกการสร้างรูพรุนและการปรับกระบวนการให้เหมาะสม การศึกษานี้มุ่งเน้นไปที่อลูมิเนียมอัลลอยด์ 5A06 ที่มีความหนา 6.9 มม. โดยวิเคราะห์โครงสร้างจุลภาค การกระจายของรูพรุน กลไกการสร้างรูพรุน และการแปรผันของความแข็งระดับไมโครของรอยเชื่อมภายใต้การเชื่อมแบบไฮบริด นอกจากนี้ยังสำรวจการผสมผสานความเร็วการเชื่อมและกำลังเลเซอร์ที่เหมาะสมอีกด้วย
02 ภาพรวม
การวิจัยวิเคราะห์อย่างเป็นระบบเกี่ยวกับลักษณะโครงสร้างและปัญหาความพรุนของข้อต่ออะลูมิเนียมอัลลอยด์ 5A06 หนา 6.9 มม. ภายใต้การเชื่อมด้วยเลเซอร์-MIG แบบไฮบริด โดยเผยให้เห็นว่าความเร็วในการเชื่อมเป็นตัวแปรสำคัญที่ส่งผลต่อความสามารถในการขึ้นรูป อัตราความพรุน และสมรรถนะทางกล การศึกษาระบุว่าความพรุนเป็นข้อบกพร่องหลัก เกิดจากปัจจัยหลัก 2 ประการ ได้แก่ ก๊าซไฮโดรเจนที่ตกตะกอนในระหว่างการแข็งตัวอย่างรวดเร็ว และการระเหยของแมกนีเซียมที่อุณหภูมิสูงทำให้เกิดฟองอากาศ รูพรุนเหล่านี้ส่วนใหญ่กระจุกตัวอยู่ที่ครึ่งบนของรอยเชื่อม การมีรูขุมขนช่วยลดความแข็งของข้อต่อได้อย่างมาก แม้ว่าการทำให้เกรนหยาบจะทำให้บริเวณที่ได้รับผลกระทบ (HAZ) ความร้อน (HAZ) อ่อนตัวลง แต่บริเวณรอยเชื่อม (WB) ที่อ่อนตัวลงนั้นมีสาเหตุหลักมาจากรูขุมขน การวิจัยเน้นย้ำว่าความพรุนมีผลกระทบต่อการลดความแข็งมากกว่าการทำให้เกรนหยาบมากขึ้น โดยความแข็งเฉพาะจุดจะลดลงเหลือเพียง 29% ของค่าเฉลี่ย เมื่อเปรียบเทียบความเร็วในการเชื่อมที่ต่างกัน: ความเร็วต่ำเกินไป (2 ม./นาที) ส่งผลให้มีการรวมตัวของรูพรุนและมีความแข็งต่ำ ในขณะที่สูงเกินไป (3.5 ม./นาที) ทำให้เกิดกระบวนการ-ทำให้เกิดรูพรุนที่รากของรอยเชื่อม ความเร็วในการเชื่อมที่เหมาะสมที่สุดอยู่ที่ 3 ม./นาที ซึ่งทำให้ได้รูพรุนที่ละเอียด กระจายสม่ำเสมอ เจาะทะลุได้ดี และมีความแข็งสูงขึ้น
03 ตัวเลขและการวิเคราะห์
รูปที่ 1 แสดงให้เห็นสัณฐานวิทยาขนาดมหภาคของรอยเชื่อมภายใต้พารามิเตอร์กระบวนการต่างๆ การเจาะที่ดีทำได้ที่ความเร็วระหว่าง 2–3.5 ม./นาที โดยมีการเชื่อมที่สมบูรณ์และไม่มีรอยแตกร้าว เน้นย้ำถึงประสิทธิภาพของการเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์-MIG เมื่อเปรียบเทียบกับ MIG เพียงอย่างเดียว
รูปที่ 2 แสดงคุณลักษณะทางโครงสร้างจุลภาคของรอยเชื่อม รวมถึงโซนเชื่อม (WB) โซนที่ได้รับผลกระทบความร้อน- (HAZ) และโลหะฐาน (BM) โซนการเชื่อมส่วนใหญ่ประกอบด้วยเดนไดรต์ที่มีจุดเท่ากัน โดยมีเกรนเปลี่ยนจากแนวเสาไปเป็นจุดที่มีจุดเท่ากันใกล้กับเส้นฟิวชัน พบรูพรุนโลหะขนาด 29–52 μm ใน WB
รูปที่ 3 แสดงการกระจายตัวของรูขุมขนในภูมิภาคต่างๆ รูพรุนในรอยเชื่อมด้านบน (บริเวณ A) มีลักษณะเป็นโลหะเป็นหลัก ซึ่งเกิดขึ้นเนื่องจากการอุดตันของฟองอากาศที่หลบหนีระหว่างการแข็งตัว
รูปที่ 4 แสดงการกระจายความแข็งระดับไมโครตลอดรอยเชื่อม ทั้ง WB และ HAZ มีการอ่อนตัวลง โดยรูขุมขนมีอิทธิพลมากกว่าต่อการลดความแข็งมากกว่าการทำให้เกรนหยาบ ความเร็วในการเชื่อมที่สูงขึ้นจะเพิ่มความแข็งโดยเฉลี่ย โดยมีความแข็งสูงขึ้นเล็กน้อยในบริเวณรอยเชื่อมด้านบน
04 บทสรุป
การศึกษาข้อต่ออลูมิเนียมอัลลอยด์ 5A06 หนา 6.9 มม. ภายใต้การเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์- MIG นี้ให้ข้อสรุปดังต่อไปนี้:
1. การเชื่อมด้วยเลเซอร์-MIG แบบไฮบริดมีการเจาะที่ดีระหว่าง 2–3.5 ม./นาที ซึ่งช่วยปรับปรุงคุณภาพการเชื่อมได้อย่างมาก
2. รูขุมขนส่วนใหญ่กระจุกตัวอยู่ที่บริเวณรอยเชื่อมด้านบน ซึ่งเกิดจากการตกตะกอนของไฮโดรเจนและการระเหยของแมกนีเซียม ความพรุนมีผลต่อการอ่อนตัวของข้อต่อมากกว่าการทำให้เกรนหยาบ
3. พารามิเตอร์ที่เหมาะสมที่สุด: กำลังเลเซอร์ 4.5 kW และความเร็วในการเชื่อม 3 ม./นาที ทำให้มีความพรุนต่ำ ขนาดรูพรุนเล็ก และการกระจายความแข็งระดับไมโครที่ดี
4. การควบคุมกระบวนการที่เหมาะสม (การทำความสะอาดพื้นผิว ก๊าซป้องกัน และการเพิ่มความเร็วในการเชื่อม) เป็นสิ่งสำคัญในการลดความพรุนและปรับปรุงประสิทธิภาพการเชื่อม
อ้างอิง
สิ่งพิมพ์ต้นฉบับ: Journal of Manufacturing Processes, https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2018.08.011
