01 Introduzione
La lega di alluminio 5A06 è ampiamente utilizzata nell'industria automobilistica, aerospaziale e dei recipienti a pressione grazie alla sua elevata resistenza e all'eccellente resistenza alla corrosione. Tuttavia, l’elevata conduttività termica, la bassa viscosità e l’elevata riflettività rendono la saldatura laser impegnativa, portando spesso a scarsa formabilità e gravi difetti di porosità. Rispetto alla saldatura laser singola o MIG, la saldatura ibrida laser-MIG dimostra un accoppiamento energetico, una stabilità del bagno di fusione e una formabilità superiori, migliorando la penetrazione profonda e la resistenza alla porosità. Tuttavia, per la lega di alluminio 5A06, l'evaporazione del magnesio e i cambiamenti di solubilità dell'idrogeno portano ancora a significativi problemi di porosità, che richiedono ulteriori indagini sui meccanismi di formazione dei pori e sull'ottimizzazione del processo. Questo studio si concentra sulla lega di alluminio 5A06 di 6,9 mm di spessore, analizzando la microstruttura, la distribuzione della porosità, i meccanismi di formazione dei pori e le variazioni di microdurezza dei giunti saldati durante la saldatura ibrida. Esplora anche le combinazioni adatte di velocità di saldatura e potenza del laser.
02 Panoramica
La ricerca analizza sistematicamente le caratteristiche strutturali e i problemi di porosità dei giunti in lega di alluminio 5A06 di 6,9 mm di spessore sottoposti a saldatura ibrida laser-MIG. Rivela che la velocità di saldatura è il parametro chiave che influenza la formabilità, il tasso di porosità e le prestazioni meccaniche. Lo studio identifica la porosità come il difetto principale, causato da due fattori principali: la precipitazione del gas idrogeno durante la rapida solidificazione e l’evaporazione del magnesio ad alte temperature che forma bolle. Questi pori sono concentrati principalmente nella metà superiore della saldatura. La presenza di pori riduce significativamente la durezza dei giunti. Mentre l'ingrossamento del grano provoca un rammollimento nella-zona interessata dal calore (HAZ), il rammollimento nella zona di saldatura (WB) è dovuto principalmente ai pori. La ricerca evidenzia che la porosità ha un impatto molto maggiore sulla riduzione della durezza rispetto all’ingrossamento del grano, con una durezza locale che scende fino al 29% del valore medio. Sono state confrontate diverse velocità di saldatura: una velocità troppo bassa (2 m/min) ha portato all'aggregazione dei pori e una bassa durezza, mentre una velocità troppo alta (3,5 m/min) ha portato alla formazione di pori indotti dal processo-alla radice della saldatura. La velocità di saldatura ottimale è risultata pari a 3 m/min, ottenendo pori fini e distribuiti uniformemente, buona penetrazione e maggiore durezza.
03 Cifre e analisi
La Figura 1 illustra la morfologia macroscopica delle saldature sotto diversi parametri di processo. È stata ottenuta una buona penetrazione a velocità comprese tra 2 e 3,5 m/min, con formazione completa della saldatura e senza crepe, evidenziando l'efficacia della saldatura ibrida laser-MIG rispetto alla sola MIG.
La Figura 2 mostra le caratteristiche microstrutturali dei giunti saldati, tra cui la zona di saldatura (WB), la zona termicamente-influenzata (HAZ) e il metallo di base (BM). La zona di saldatura è costituita principalmente da dendriti equiassici, con grani che passano da colonnari a equiassici vicino alla linea di fusione. Nel WB sono stati osservati pori metallurgici di 29–52 μm.
La Figura 3 presenta la distribuzione dei pori in diverse regioni. I pori nella saldatura superiore (regione A) sono principalmente metallurgici, formati a causa dell'ostruzione della fuga di bolle durante la solidificazione.
La Figura 4 mostra la distribuzione della microdurezza nei giunti saldati. Sia il WB che l'HAZ hanno mostrato un rammollimento, con i pori che hanno esercitato una maggiore influenza sulla riduzione della durezza rispetto all'ingrossamento del grano. Velocità di saldatura più elevate hanno aumentato la durezza media, con una durezza leggermente superiore osservata nelle regioni di saldatura superiori.
04 Conclusione
Questo studio sui giunti in lega di alluminio 5A06 di 6,9 mm di spessore sottoposti a saldatura ibrida laser-MIG fornisce le seguenti conclusioni:
1. La saldatura ibrida laser-MIG raggiunge una buona penetrazione tra 2 e 3,5 m/min, migliorando significativamente la qualità della saldatura.
2. I pori si concentrano principalmente nella regione di saldatura superiore, a causa della precipitazione dell'idrogeno e dell'evaporazione del magnesio. La porosità ha un effetto maggiore sull’ammorbidimento delle giunture rispetto all’ingrossamento del grano.
3. Parametri ottimali: potenza del laser 4,5 kW e velocità di saldatura 3 m/min, con bassa porosità, piccola dimensione dei pori e distribuzione favorevole della microdurezza.
4. Un adeguato controllo del processo (pulizia della superficie, gas protettivo e ottimizzazione della velocità di saldatura) è essenziale per ridurre la porosità e migliorare le prestazioni di saldatura.
Riferimento
Pubblicazione originale: Journal of Manufacturing Processes, https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2018.08.011
