Mechanical Properties of a Welded 6082 Aluminium Alloy with Local Heat Treatments

Abstract

Denne oppgaven undersøker tre ulike lokale varmebehandlinger i kombinasjon med en utherdingsprosess etter sveising for å forbedre styrken og duktiliteten til sveiset 6082-T6 aluminium. De tre metodene skal manipulere geometrien til den varme- behandlede sonen og involverer varme introdusert lokalt ved sveiser på tvers av sammenføyningssveisen, langsgående laserlinjer parallelt med sveisen og et laser- mønster av mange korte laserlinjer. Det eksperimentelle arbeidet involverer en mikrostrukturanalyse av sveisen, omfattende hardhetstesting, samt strekktesting ved hjelp av DIC-analyse (eng: digital image correlation). Til slutt brukes predik- tive modeller til å forutsi temperaturfordelingen og resulterende hardhet som følge av termiske sykluser fra sveising og laserbehandling. Utherdingsprosessen etter sveising øker styrken betydelig, og både styrke og duk- tilitet er påvirket av de lokale varmebehandlingene. Tverrsveisene viser mest lovende resultater, hvor alle prøvene viser signifikante forbedringer i duktilitet og en økning i maksimal strekkstyrke på mer enn 10 MPa. I kombinasjon med utherdingen, fører tverrsveisene til en økning på opptil 47 MPa i strekkfasthet, samt en 120 % økning i tøyning ved brudd. Geometrien til den varmepåvirkede sonen er sterkt påvirket av tverrsveisene, noe som gjør at tøyningslokaliseringer oppstår flere steder. Be- handlingen med langsgående laser indikerer en liten økning i styrke og duktilitet, avhengig av laserkraften, og det er nødvendig med nærmere undersøkelser av denne metoden. Lasermønsteret endrer tøyningsfordelingen og forbedrer duktiliteten noe, men lasereffekten er sannsynligvis for lav til å gi en betydelig økning i global styrke. Estimeringen av maksimal temperatur anses å være tilstrekkelig, og de simulerte hardhetsverdiene viser god overensstemmelse med de målte dataene og klarer å forutse rekkevidden av varmepåvirket sone veldig nøyaktig.

This paper investigates three different local heat treatments in combination with an aging process referred to as post weld heat treatment (PWHT) for improving the strength and ductility of welded 6082-T6 aluminium. The three methods aim to manipulate the geometry of the heat affected zone (HAZ) and involves heat in- troduced locally by cross welds perpendicular to the joining weld, longitudinal laser parallel to the weld and a laser pattern of many short laser lines. The experimental work involves microstructural examination of the weld, extensive hardness testing, and tensile testing using digital image correlation (DIC). Lastly, predictive models are used to predict the temperature response and resulting hardness due to the thermal cycles of welding and laser treatment. The PWHT increases the strength significantly, and both strength and ductility are affected by the local heat treatments. Cross welds show the most promising results, where all specimens show significant improvements in ductility and an increase in ultimate tensile strength of more than 10 MPa. In combination with PWHT, the cross welds increase the ultimate tensile strength by 47 MPa, and the fracture strain is improved by 120%. The HAZ geometry is highly affected by the cross welds, causing strain to localize at several locations. The longitudinal laser indicates a small increase in strength and ductility, depending on laser powers, and further investigation of this method is required to conclude on the effects. The laser pattern changes the strain distribution and improves ductility slightly, but the laser power is likely too low to increase global strength significantly. Predictions of the peak temperatures are considered adequate, and the hardness predictions show good correspondence with the measured data and estimate the width of the HAZ remarkably precisely.