01 소개
5A06 알루미늄 합금은 강도가 높고 내식성이 뛰어나 자동차, 항공 우주 및 압력 용기 산업에서 널리 사용됩니다. 그러나 높은 열 전도성, 낮은 점도 및 높은 반사율로 인해 레이저 용접이 어려워지고 종종 성형성이 떨어지고 심각한 다공성 결함이 발생합니다. 단일 레이저 또는 MIG 용접과 비교하여 레이저-MIG 하이브리드 용접은 우수한 에너지 결합, 용융 풀 안정성 및 성형성을 보여주며 깊은 침투력과 다공성에 대한 저항성을 향상시킵니다. 그럼에도 불구하고 5A06 알루미늄 합금의 경우 마그네슘의 증발과 수소의 용해도 변화로 인해 여전히 심각한 다공성 문제가 발생하므로 기공 형성 메커니즘과 공정 최적화에 대한 추가 조사가 필요합니다. 본 연구에서는 6.9mm 두께의 5A06 알루미늄 합금에 초점을 맞춰 하이브리드 용접 하에서 용접 조인트의 미세 구조, 다공성 분포, 기공 형성 메커니즘 및 미세 경도 변화를 분석합니다. 또한 용접 속도와 레이저 출력의 적절한 조합을 탐색합니다.
02 개요
이 연구에서는 레이저-MIG 하이브리드 용접에서 6.9mm 두께의 5A06 알루미늄 합금 접합부의 구조적 특성과 다공성 문제를 체계적으로 분석합니다. 이는 용접 속도가 성형성, 다공성 비율 및 기계적 성능에 영향을 미치는 핵심 매개변수임을 보여줍니다. 이 연구에서는 빠른 응고 과정에서 침전되는 수소 가스와 기포를 형성하는 고온에서 마그네슘 증발이라는 두 가지 주요 요인으로 인해 발생하는 다공성을 주요 결함으로 식별했습니다. 이러한 기공은 주로 용접부의 상부 절반에 집중되어 있습니다. 기공이 있으면 관절 경도가 크게 감소합니다. 입자 조대화가 열-영향부(HAZ)에서 연화를 일으키는 반면, 용접부(WB)에서 연화는 주로 기공으로 인해 발생합니다. 연구는 다공성이 입자 조대화보다 경도 감소에 훨씬 더 큰 영향을 미치며 국부 경도가 평균 값의 29%까지 낮아진다는 점을 강조합니다. 서로 다른 용접 속도를 비교했습니다. 너무 낮으면(2m/min) 기공 응집 및 경도가 낮아지고, 너무 높으면(3.5m/min) 용접 루트에 공정-기공이 유발됩니다. 최적의 용접 속도는 3m/min으로 미세하고 균일하게 분포된 기공, 우수한 침투력 및 높은 경도를 달성한 것으로 나타났습니다.
03 수치 및 분석
그림 1은 다양한 공정 매개변수 하에서 용접의 거시적 형태를 보여줍니다. 2~3.5m/분의 속도에서 용접이 완벽하고 균열 없이 우수한 침투력이 달성되어 MIG 단독 용접에 비해 레이저-MIG 하이브리드 용접의 효율성이 강조되었습니다.
그림 2는 용접부(WB), 열영향부(HAZ), 모재(BM)를 포함한 용접 조인트의 미세 구조적 특성을 보여줍니다. 용접 영역은 주로 등축 수상돌기로 구성되며 결정립은 융합선 근처에서 원주형에서 등축상으로 전환됩니다. WB에서는 29-52 μm의 야금 기공이 관찰되었습니다.
그림 3은 다양한 지역의 기공 분포를 보여줍니다. 상부 용접부(영역 A)의 기공은 주로 야금학적이며 응고 중 기포 탈출이 방해되어 형성됩니다.
그림 4는 용접 접합부의 미세 경도 분포를 보여줍니다. WB와 HAZ 모두 연화를 나타냈으며, 기공은 입자 조대화보다 경도 감소에 더 큰 영향을 미쳤습니다. 용접 속도가 높을수록 평균 경도가 증가했으며 용접 상부 영역에서 경도가 약간 더 높아졌습니다.
04 결론
레이저-MIG 하이브리드 용접을 사용한 6.9mm 두께의 5A06 알루미늄 합금 접합에 대한 이 연구는 다음과 같은 결론을 제공합니다.
1. 레이저-MIG 하이브리드 용접은 2~3.5m/min 사이의 우수한 관통력을 달성하여 용접 품질을 크게 향상시킵니다.
2. 기공은 수소 침전과 마그네슘 증발로 인해 주로 상부 용접 영역에 집중됩니다. 다공성은 입자 조대화보다 접합 연화에 더 큰 영향을 미칩니다.
3. 최적의 매개변수: 레이저 출력 4.5kW 및 용접 속도 3m/min, 낮은 다공성, 작은 기공 크기 및 유리한 미세 경도 분포를 생성합니다.
4. 기공률을 줄이고 용접 성능을 향상하려면 적절한 공정 제어(표면 청소, 보호 가스 및 용접 속도 최적화)가 필수적입니다.
참조
원본 출판: Journal of Manufacturing Processes, https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2018.08.011
