Effect of joint geometry and dilution on weldability and hot cracking in high-power TIG welding of 6082 aluminium butt joints

Abstract

In recent years, a new welding torch to enhance the productivity of aluminium welding has been introduced. Marketed under two different brand names, this so-called high-power TIG welding has been promised to combine the productivity of MIG with the quality of conventional TIG. Given the novelty of the welding torch design, pre-existing research utilising such process is practically non-existent at the time of writing. Thus, it was decided to investigate the issue experimentally.

Base material of two different thicknesses were used for the experiments. Two filler wires, MA-6063 and ER5356 were employed. The high-power TIG was satisfactory for welding 4 mm thick plates, but unreliable with 8 mm thick plates. Microstructural investigation shows that the weld metal grain morphology is mainly equiaxed dendritic with both filler wires. Samples welded with MA-6063 portray notably smaller grain size, due to the grain refining effect of that wire.

Six of the weld specimens had surface-breaking cracks, with investigation focusing mainly on them. Common factors were base material thickness and I-groove with zero airgap. Dilution rates varied, and cracking occurred with both filler wire types. Radiography revealed no further cracks in those particular specimens. It was noted that these localised cracks occurred during the first half of the welding. Ultimately it was concluded that the likely cause was a localised stress concentration, caused by the characteristics of the clamping of the plates during welding.

Viime vuosina markkinoille on tuotu uusi hitsauspoltin tehostamaan alumiinin hitsauksen tuottavuutta. Kahdella eri tuotemerkillä markkinoiden, tämän niin kutsutun suurteho-TIG-hitsauksen on luvattu yhdistävän MIG-hitsauksen tuottavuuden perinteisen TIG-hitsauksen laatuun. Hitsauspolttimen uutukaisuudesta johtuen jo ennalta olemassa olevaa tutkimusta kyseisestä prosessista ei juurikaan ole kirjoitushetkellä olemassa. Näin ollen aihetta päätettiin tutkia kokeellisesti.

Kokeissa käytettiin kahta eri perusaineen paksuutta. Lisäainelankoja oli käytössä kaksi erilaista, MA-6063 ja ER5356. Suurteho-TIG oli tyydyttävä 4 mm paksujen levyjen hitsaukseen, mutta epäluotettava hitsattaessa paksuudeltaan 8 mm levyjä. Mikrorakennetta tarkasteltaessa huomattiin, että molemmilla lisäainelangoilla hitsiaineen rakeet ovat morfologialtaan pääasiallisesti tasa-aksiaalista dendriittiä. MA-6063 lisäaineella hitsatut näytteet osoittivat selvästi pienempää raekokoa, johtuen kyseisen lisäainelangan raekokoa hienontavasta vaikutuksesta.

Kuudesta koehitsistä löydettiin pintaan asti aukeavia halkeamia, joten tutkimus keskittyi pääasiassa niihin. Haljenneita näytteitä yhdistivät perusaineen paksuus ja railomuotona ollut ilmaraoton I-railo. Sekoittumissuhteet vaihtelivat, ja halkeilua tapahtui molemmilla hitsauslangoilla. Radiografisessa tarkastuksessa kyseisistä koehitseistä ei löydetty muita halkeamia. Huomattiin, että kaikki nämä paikalliset halkeamat tapahtuivat hitsauksen ensimmäisen puoliskon aikana. Lopulta todettiin todennäköisen syyn olevan paikallisissa jännityskonsentraatioissa, jotka aiheutuivat hitsattavien levyjen kiinnityksistä.