01 Introducción
La aleación de aluminio 5A06 se usa ampliamente en las industrias automotriz, aeroespacial y de recipientes a presión debido a su alta resistencia y excelente resistencia a la corrosión. Sin embargo, su alta conductividad térmica, baja viscosidad y alta reflectividad hacen que la soldadura láser sea un desafío, lo que a menudo conduce a una conformabilidad deficiente y defectos de porosidad severos. En comparación con la soldadura láser simple o MIG, la soldadura híbrida láser-MIG demuestra un acoplamiento de energía, estabilidad del baño fundido y conformabilidad superiores, lo que mejora la penetración profunda y la resistencia a la porosidad. Sin embargo, para la aleación de aluminio 5A06, la evaporación del magnesio y los cambios de solubilidad del hidrógeno todavía conducen a importantes problemas de porosidad, lo que requiere más investigación sobre los mecanismos de formación de poros y la optimización del proceso. Este estudio se centra en la aleación de aluminio 5A06 de 6,9 mm de espesor, analizando la microestructura, la distribución de la porosidad, los mecanismos de formación de poros y las variaciones de microdureza de uniones soldadas bajo soldadura híbrida. También explora combinaciones adecuadas de velocidad de soldadura y potencia del láser.
02 Descripción general
La investigación analiza sistemáticamente las características estructurales y los problemas de porosidad de uniones de aleación de aluminio 5A06 de 6,9 mm de espesor bajo soldadura híbrida láser-MIG. Revela que la velocidad de soldadura es el parámetro clave que afecta la conformabilidad, la tasa de porosidad y el rendimiento mecánico. El estudio identifica la porosidad como el defecto principal, causado por dos factores principales: la precipitación del gas hidrógeno durante la solidificación rápida y la evaporación del magnesio a altas temperaturas formando burbujas. Estos poros se concentran principalmente en la mitad superior de la soldadura. La presencia de poros reduce significativamente la dureza de las articulaciones. Mientras que el engrosamiento del grano provoca un ablandamiento en la zona afectada por el calor (HAZ), el ablandamiento en la zona de soldadura (WB) se debe principalmente a los poros. La investigación destaca que la porosidad tiene un impacto mucho mayor en la reducción de la dureza que el engrosamiento del grano, con una dureza local que cae hasta un 29% del valor promedio. Se compararon diferentes velocidades de soldadura: demasiado bajas (2 m/min) dieron como resultado agregación de poros y baja dureza, mientras que demasiado altas (3,5 m/min) dieron lugar a poros inducidos por el proceso en la raíz de la soldadura. La velocidad óptima de soldadura fue de 3 m/min, con lo que se lograron poros finos y uniformemente distribuidos, buena penetración y mayor dureza.
03 Cifras y Análisis
La Figura 1 ilustra la morfología macroscópica de soldaduras bajo diferentes parámetros de proceso. Se logró una buena penetración a velocidades de entre 2 y 3,5 m/min, con una formación de soldadura completa y sin grietas, lo que destaca la eficacia de la soldadura híbrida láser-MIG en comparación con la MIG sola.
La Figura 2 muestra las características microestructurales de las uniones soldadas, incluida la zona de soldadura (WB), la zona afectada por el calor (HAZ) y el metal base (BM). La zona de soldadura consiste principalmente en dendritas equiaxiales, con granos que pasan de columnares a equiaxiales cerca de la línea de fusión. En el WB se observaron poros metalúrgicos de 29 a 52 μm.
La Figura 3 presenta la distribución de los poros en diferentes regiones. Los poros en la soldadura superior (Región A) son principalmente metalúrgicos y se forman debido a la obstrucción del escape de las burbujas durante la solidificación.
La Figura 4 muestra la distribución de microdureza en las uniones soldadas. Tanto el WB como el HAZ exhibieron ablandamiento, ejerciendo los poros una mayor influencia en la reducción de la dureza que el engrosamiento del grano. Las velocidades de soldadura más altas aumentaron la dureza promedio, observándose una dureza ligeramente mayor en las regiones de soldadura superiores.
04 Conclusión
Este estudio sobre uniones de aleación de aluminio 5A06 de 6,9 mm de espesor bajo soldadura híbrida láser-MIG proporciona las siguientes conclusiones:
1. La soldadura híbrida láser-MIG logra una buena penetración entre 2 y 3,5 m/min, lo que mejora significativamente la calidad de la soldadura.
2. Los poros se concentran principalmente en la región de soldadura superior, causado por la precipitación de hidrógeno y la evaporación de magnesio. La porosidad tiene un mayor efecto sobre el ablandamiento de las juntas que el engrosamiento del grano.
3. Parámetros óptimos: potencia del láser de 4,5 kW y velocidad de soldadura de 3 m/min, lo que produce una baja porosidad, un tamaño de poro pequeño y una distribución favorable de la microdureza.
4. El control adecuado del proceso (limpieza de superficies, gas protector y optimización de la velocidad de soldadura) es esencial para reducir la porosidad y mejorar el rendimiento de la soldadura.
Referencia
Publicación original: Revista de Procesos de Fabricación, https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2018.08.011
