01 はじめに
5A06 アルミニウム合金は、その高強度と優れた耐食性により、自動車、航空宇宙、圧力容器産業で広く使用されています。ただし、熱伝導率が高く、粘度が低く、反射率が高いため、レーザー溶接が難しく、成形性の低下や重大な気孔欠陥が発生することがよくあります。単一レーザーまたは MIG 溶接と比較して、レーザー- MIG ハイブリッド溶接は優れたエネルギー結合、溶融池の安定性、成形性を示し、深溶け込みと気孔に対する耐性が向上します。それにもかかわらず、5A06 アルミニウム合金の場合、マグネシウムの蒸発と水素の溶解度の変化は依然として重大な気孔率の問題を引き起こすため、気孔形成メカニズムとプロセスの最適化についてのさらなる調査が必要です。この研究は、厚さ 6.9 mm の 5A06 アルミニウム合金に焦点を当て、ハイブリッド溶接における溶接継手の微細構造、気孔率分布、気孔形成メカニズム、および微小硬度の変化を分析します。また、溶接速度とレーザー出力の適切な組み合わせも検討します。
02 概要
この研究では、レーザー-MIG ハイブリッド溶接による厚さ 6.9 mm の 5A06 アルミニウム合金継手の構造特性と気孔率の問題を系統的に分析しています。このことから、溶接速度が成形性、気孔率、機械的性能に影響を与える重要なパラメータであることがわかります。この研究では、気孔率が主要な欠陥であると特定しています。これは、急速凝固中に析出する水素ガスと、高温で気泡を形成するマグネシウムの蒸発という 2 つの主な要因によって引き起こされます。これらの細孔は主に溶接部の上半分に集中しています。細孔の存在により、関節の硬度が大幅に低下します。結晶粒の粗大化により熱影響部 (HAZ) の軟化が引き起こされますが、溶接部 (WB) の軟化は主に気孔が原因です。この研究では、気孔率が粒子の粗大化よりも硬度の低下にはるかに大きな影響を及ぼし、局所的な硬度が平均値の 29% まで低下することが強調されています。異なる溶接速度を比較しました。低すぎる（2 m/min）と気孔の凝集と低硬度が発生し、一方、高すぎる（3.5 m/min）と溶接ルートにプロセス-が誘発された気孔が発生しました。最適な溶接速度は 3 m/min であることが判明しました。これにより、微細で均一に分布した気孔、良好な溶け込み、およびより高い硬度が実現されました。
03 数値と分析
図 1 は、さまざまなプロセス パラメータにおける溶接部の巨視的形態を示しています。 2 ～ 3.5 m/min の速度で良好な溶け込みが達成され、溶接が完全に形成され、亀裂は発生しませんでした。これは、MIG 単独と比較したレーザー- MIG ハイブリッド溶接の有効性を強調しています。
図 2 は、溶接部 (WB)、熱影響部 (HAZ)、母材 (BM) などの溶接継手の微細構造特性を示しています。溶接部は主に等軸樹枝状結晶で構成されており、溶融線付近で粒子が柱状から等軸に移行します。 WB には 29 ～ 52 μm の金属細孔が観察されました。
図 3 は、さまざまな領域の細孔分布を示しています。上部溶接部 (領域 A) の細孔は主に冶金的なもので、凝固中に気泡が逃げるのが妨げられるために形成されます。
図 4 は、溶接継手全体の微小硬度の分布を示しています。 WB と HAZ は両方とも軟化を示し、細孔は結晶粒の粗大化よりも硬度の低下に大きな影響を及ぼしました。溶接速度が高くなると平均硬度が増加し、上部溶接領域でわずかに高い硬度が観察されました。
04 おわりに
レーザー-MIG ハイブリッド溶接による厚さ 6.9 mm の 5A06 アルミニウム合金接合に関するこの研究では、次の結論が得られます。
1. レーザー-MIG ハイブリッド溶接は、2 ～ 3.5 m/min の良好な溶け込みを実現し、溶接品質を大幅に向上させます。
2. 水素の析出とマグネシウムの蒸発により、主に上部溶接領域に気孔が集中します。気孔率は、結晶粒の粗大化よりも接合部の軟化に大きな影響を与えます。
3. 最適パラメータ: レーザー出力 4.5 kW、溶接速度 3 m/min、低気孔率、小さな気孔サイズ、良好な微小硬度分布が得られます。
4. 気孔率を低減し、溶接性能を向上させるには、適切なプロセス制御 (表面洗浄、保護ガス、溶接速度の最適化) が不可欠です。
参照
元の出版物: Journal of Manufacturing Processes、https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2018.08.011
