Cacat Umum pada Pengelasan Laser Paduan Aluminium

Cacat Umum padaPengelasan Laser Paduan Aluminium

Baik itu pengelasan autogenik laser ataupengelasan hibrida laser-busurDigunakan untuk paduan aluminium, terdapat beberapa masalah teknis umum, yaitu, cacat dapat terjadi jika parameter proses dan kondisi pengelasan tidak sesuai dengan standar metalurgi.tidak pantas. ItuCacat pengelasan pada sambungan paduan aluminium terutama meliputi dua jenis: porositas las dan retakan panas pengelasan. Selain porositas dan retakan panas, cacat seperti undercut dan pembentukan sisi belakang yang buruk juga ada dalam pengelasan laser paduan aluminium. Dibandingkan dengan porositas las, kemungkinan terjadinya retakan pengelasan (terlihat dengan mata telanjang atau di bawah pembesaran rendah) tidak tinggi. Namun, karena retakan lebih berbahaya, JIS Z 3105 menetapkan bahwa begitu retakan terdeteksi dalam lasan, lasan tersebut harus dinilai sebagai Kelas IV. Undercut, pembentukan sisi belakang yang buruk, dan cacat lainnya sebagian besar merupakan cacat serius yang disebabkan oleh kontrol kecepatan yang tidak tepat atau parameter proses yang tidak sesuai. Cacat tersebut umumnya muncul pada tahap eksplorasi dan debugging proses, dan jarang terjadi dalam operasi produksi aktual normal. Oleh karena itu, porositas adalah jenis cacat yang lebih berbahaya dalam pengelasan laser paduan aluminium dan dalam penggunaan struktur yang dilas, dan sulit untuk dihilangkan secara mendasar.

1. Porositas

Porositas adalah cacat volume yang paling umum dan utama padapengelasan laser paduan aluminium, dengan ukuran mulai dari ratusan mikron hingga beberapa milimeter. Mekanisme pembentukannya belum sepenuhnya jelas. Porositas tidak hanya melemahkan bagian kerja efektif dari lasan, tetapi juga menyebabkan konsentrasi tegangan, mengurangi kekuatan dinamis dan kinerja kelelahan sambungan las.

Ketika paduan aluminium meleleh dalam lingkungan yang mengandung hidrogen, kandungan hidrogen internalnya dapat mencapai lebih dari 0,69 ml/100g, tetapi setelah paduan tersebut membeku, kelarutan hidrogennya dalam kesetimbangan paling banyak adalah 0,036 ml/100g. Secara umum diyakini bahwa selama proses pendinginan pengelasan laser, kelarutan hidrogen menurun tajam, dan pengendapan hidrogen jenuh berlebih akan membentuk porositas hidrogen. Penguapan unsur paduan dengan titik leleh rendah dan tekanan uap tinggi juga dapat menyebabkan porositas, yang disebut porositas metalurgi. Selain itu, gangguan sinar laser dan ketidakstabilan lubang kunci juga dapat membentuk porositas, tetapi porositas tersebut memiliki bentuk yang tidak beraturan dan dapat disebut porositas yang diinduksi proses. Karena aktivitas kimia paduan aluminium yang tinggi, lapisan oksida mudah terbentuk di permukaannya. Selama pengelasan, air kristal dan air terikat yang terurai dari lapisan oksida pada permukaan paduan aluminium, bersama dengan uap air di udara dan gas pelindung, langsung terurai untuk menghasilkan hidrogen di area suhu tinggi di bawah pengaruh laser. Gas hidrogen ini dapat mengendap selama pendinginan dan pembekuan kolam lelehan untuk membentuk gelembung atau langsung menghasilkan gelembung pada lapisan oksida yang belum sepenuhnya meleleh. Karena berat jenis paduan aluminium yang rendah, kecepatan naiknya gelembung di kolam lelehan lambat. Selain itu, paduan aluminium memiliki konduktivitas termal yang kuat, dan kecepatan pendinginan dan pembekuan kolam lelehan sangat cepat. Beberapa gelembung tidak dapat keluar tepat waktu dan tetap berada di dalam lasan, sehingga membentuk porositas metalurgi. Studi menunjukkan bahwa gas utama dalam porositas lasan paduan aluminium adalah hidrogen, sehingga porositas pada lasan paduan aluminium kadang-kadang disebut porositas hidrogen. Saat mengamati retakan porositas di bawah mikroskop elektron pemindai, porositas sebagian besar menunjukkan morfologi bulat dengan ujung dendrit kristal dendritik yang tersusun rapat, dan dinding bagian dalamnya halus, bersih, dan bebas dari jejak oksidasi. Keberadaan porositas tidak hanya mengurangi kekompakan lasan dan daya dukung sambungan, tetapi juga mengurangi kekuatan dan plastisitas sambungan hingga berbagai tingkat.

2. Retakan Panas

Retakan panas (termasuk retakan pembekuan dan retakan pencairan) terbentuk selama proses pembekuan logam cair dan merupakan salah satu jenis cacat umum dalam pengelasan laser paduan aluminium. Ciri paling jelas dari morfologi patahan retakan pembekuan adalah permukaan patahan terdiri dari area luas struktur granular seperti batu bulat atau kentang yang halus namun tidak rata, dan permukaannya sering kali mempertahankan eutektik titik leleh rendah antar butir atau lipatan lapisan cairan, serta jejak patahan getas dendrit. Morfologi patahan retakan pencairan mirip dengan retakan pembekuan, tetapi memiliki karakteristik patahan antar butir suhu tinggi atau patahan pembekuan. Dalam patahan kelelahan sambungan las fusi di bawah beban kelelahan, sumber retakan kelelahan yang disebabkan oleh retakan panas tersebut juga umum terjadi. Penyebab retakan panas dalam pengelasan laser paduan aluminium terutama berkaitan dengan karakteristik dan proses pengelasannya sendiri. Paduan aluminium memiliki tingkat penyusutan yang besar selama pembekuan (hingga 5%), yang mengakibatkan tegangan dan deformasi pengelasan yang besar; Selain itu, struktur eutektik dengan titik leleh rendah terbentuk di sepanjang batas butir selama pembekuan logam las, yang melemahkan gaya ikatan batas butir, sehingga membentuk retakan panas di bawah pengaruh tegangan tarik. Selanjutnya, morfologi retakan pada pengelasan laser paduan aluminium dapat dirangkum dalam kategori berikut: retakan pusat las; retakan garis fusi las; retakan antar butir pada lasan; retakan likuasi zona yang terkena panas; retakan yang disebabkan oleh lapisan oksida; dan retakan mikro antar butir.

Selain itu, perlindungan yang buruk selama pengelasan menyebabkan logam las bereaksi dengan gas di udara, dan inklusi yang terbentuk juga merupakan sumber retakan potensial. Jenis dan jumlah unsur paduan sangat berpengaruh pada kecenderungan retak panas selama pengelasan paduan aluminium. Secara umum, paduan aluminium seri Al-Si dan Al-Mn memiliki kemampuan las yang baik dan tidak mudah menghasilkan retakan panas; sedangkan paduan aluminium seri Al-Mg, Al-Cu, dan Al-Zn memiliki kecenderungan retak panas yang relatif tinggi. Kecenderungan retak panas dapat dikurangi dengan menyesuaikan parameter proses pengelasan untuk mengontrol laju pemanasan dan pendinginan. Secara umum, kecenderungan retak panas pada pengelasan hibrida laser-busur lebih baik daripada pengelasan kawat pengisi laser, dan kecenderungan retak panas pada pengelasan kawat pengisi laser lebih baik daripada pengelasan autogen laser.

3. Undercut dan Burn-Through

Paduan aluminium memiliki energi ionisasi yang rendah, dan plasma yang diinduksi oleh cahaya rentan terhadap panas berlebih dan ekspansi selama pengelasan, sehingga menghasilkan proses pengelasan yang tidak stabil. Selain itu, paduan aluminium cair memiliki fluiditas yang baik dan tegangan permukaan yang rendah. Untuk meningkatkan penetrasi, seringkali diperlukan laju aliran gas pelindung dan daya keluaran laser yang lebih besar, yang memperburuk stabilitas proses pengelasan, menyebabkan kolam lelehan berfluktuasi hebat di bawah tekanan dan mudah menyebabkan cacat seperti undercut dan burn-through. Kemampuan pembentukan bagian belakang pelat paduan aluminium yang dilas laser dapat ditingkatkan secara efektif dengan memasang pelat tembaga berpendingin air di bagian belakang lasan.

4. Inklusi Terak

Jenis cacat lain yang sering terjadi dalam pengelasan bodi mobil adalah inklusi terak las. Studi menunjukkan bahwa inklusi terak terutama berasal dari oksida pada permukaan hasil pengelasan dan kawat las, serta proses yang tidak stabil dalam lokalisasi material paduan aluminium. Oleh karena itu, produsen material paduan aluminium harus memperkuat inovasi teknologi dan meningkatkan proses pengecoran untuk meminimalkan kandungan pengotor dan hidrogen dalam bahan baku dan meningkatkan stabilitas kualitas produk.