Ως μεταλλικό υλικό μηχανικής που έχει αυξηθεί γρήγορα τα τελευταία χρόνια, τα κράματα αλουμινίου έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως στην αεροδιαστημική, τα αυτοκίνητα, τα πλοία και άλλους τομείς λόγω της χαμηλής πυκνότητάς τους, της υψηλής ειδικής αντοχής και ειδικής ακαμψίας και της καλής αντοχής στη διάβρωση. .
Ωστόσο, μια σειρά προβλημάτων όπως η κακή συγκολλησιμότητα και η κακή απόδοση του στρώματος σχηματισμού στη συγκόλληση περιορίζουν την ανάπτυξη δομικών μερών από κράμα αλουμινίου. Ως εκ τούτου, η τεχνολογία συγκόλλησης κράματος αλουμινίου έχει γίνει μια από τις κύριες ερευνητικές κατευθύνσεις πολλών μελετητών στο εσωτερικό και στο εξωτερικό.
Επισκόπηση των ιδιοτήτων του κράματος αλουμινίου
1. Το αλουμίνιο είναι ένα πολύ ελαφρύ μεταλλικό υλικό με πυκνότητα μόνο 2,7 g/cm3, που είναι περίπου το 36 τοις εκατό της πυκνότητας του χάλυβα. Η χρήση κράματος αλουμινίου για την κατασκευή μηχανικών μερών μπορεί να μειώσει σημαντικά το βάρος και να επιτύχει το αποτέλεσμα του μικρού βάρους, της εξοικονόμησης ενέργειας και της μείωσης των εκπομπών.
2. Η ειδική αντοχή και η ειδική ακαμψία του κράματος αλουμινίου είναι υψηλότερες από χάλυβα 45 και πλαστικό ABS. Η χρήση υλικών από κράμα αλουμινίου ευνοεί την κατασκευή ενσωματωμένων εξαρτημάτων με υψηλές απαιτήσεις ακαμψίας.
3. Το κράμα αλουμινίου έχει εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα, ηλεκτρική αγωγιμότητα και αντίσταση στη διάβρωση. Οι παράμετροι απόδοσης του κράματος αλουμινίου A380 και άλλων υλικών φαίνονται στον Πίνακα 1.
4. Το κράμα αλουμινίου έχει καλή μηχανική ικανότητα και δυνατότητα ανακύκλωσης. Εάν ο συντελεστής αντίστασης κοπής του πιο επεξεργάσιμου κράματος μαγνησίου υποτεθεί ότι είναι 1, η αντίσταση κοπής άλλων μετάλλων φαίνεται στον Πίνακα 2. Μπορεί να φανεί ότι η αντίσταση κοπής του κράματος αλουμινίου είναι μικρότερη από αυτή του χαλκού, του σιδήρου και άλλων υλικά και η διαδικασία κοπής είναι ευκολότερη.
Χαρακτηριστικά συγκόλλησης κράματος αλουμινίου
Επηρεαζόμενες από τις φυσικές και χημικές ιδιότητες των κραμάτων αλουμινίου, υπάρχουν ορισμένες δυσκολίες στη διαδικασία συγκόλλησης. Η τρέχουσα συγκόλληση κράματος αλουμινίου έχει κυρίως τα ακόλουθα προβλήματα: θερμική καταπόνηση, εξάτμιση κατάλυσης, συμπαγή εγκλείσματα, κατάρρευση πόρων κ.λπ.:
Θερμική καταπόνηση
Τα κράματα αλουμινίου έχουν υψηλότερο συντελεστή θερμικής διαστολής και χαμηλότερο συντελεστή ελαστικότητας. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συγκόλλησης, λόγω της μεγάλης παραμόρφωσης και του μεγάλου γραμμικού συντελεστή διαστολής του κράματος αλουμινίου, ο ρυθμός συρρίκνωσης όγκου κατά τη στερεοποίηση είναι περίπου 6 τοις εκατό και ο ρυθμός ψύξης και ο πρωτογενής ρυθμός κρυστάλλωσης της λιωμένης δεξαμενής είναι γρήγοροι, με αποτέλεσμα το εσωτερική πίεση της συγκόλλησης και η ακαμψία της συγκολλημένης άρθρωσης. Εάν είναι μεγάλο, είναι εύκολο να δημιουργηθεί μεγάλη εσωτερική τάση στον σύνδεσμο από κράμα αλουμινίου, προκαλώντας μεγάλη τάση συγκόλλησης και παραμόρφωση και σχηματίζοντας ελαττώματα όπως ρωγμές και παραμόρφωση κυμάτων.
Αφαιρετική εξάτμιση
Το σημείο τήξης του αλουμινίου είναι 660 βαθμοί και το σημείο βρασμού είναι 2647 βαθμοί, το οποίο είναι χαμηλότερο από άλλα μεταλλικά στοιχεία όπως ο χαλκός και ο σίδηρος. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συγκόλλησης, εάν η θερμοκρασία συγκόλλησης είναι πολύ υψηλή, είναι εύκολο να εκραγεί και να σχηματιστεί πιτσίλισμα, ειδικά στη συγκόλληση με δέσμη υψηλής ενέργειας, όπως φαίνεται στο σχήμα 1. Επιπλέον, ορισμένα από τα στοιχεία κράματος που προστίθενται στο κράμα αλουμινίου έχουν ένα χαμηλό σημείο βρασμού, το οποίο είναι εύκολο να εξατμιστεί και να καεί στη στιγμιαία υψηλή θερμοκρασία συγκόλλησης, και το πιτσίλισμα που δημιουργείται από την έκρηξη θα αφαιρέσει επίσης μερικά σταγονίδια, τα οποία αναπόφευκτα αλλάζουν την περιοχή της ραφής συγκόλλησης. Η χημική σύνθεση δεν ευνοεί τη ρύθμιση της απόδοσης των συγκολλημένων αρμών. Επομένως, για να αντισταθμιστεί η αφαίρεση υψηλής θερμοκρασίας, κατά τη συγκόλληση χρησιμοποιούνται συχνά σύρματα συγκόλλησης ή άλλα υλικά συγκόλλησης με υψηλότερη περιεκτικότητα σε στοιχείο σημείου βρασμού από το βασικό μέταλλο.
Στερεά εγκλείσματα
Οι χημικές ιδιότητες του αλουμινίου είναι πολύ ενεργές και οξειδώνονται εύκολα. Κατά τη διαδικασία συγκόλλησης, η επιφάνεια του κράματος αλουμινίου οξειδώνεται για να σχηματίσει Al2O3 με υψηλό σημείο τήξης (περίπου 2050 βαθμούς, ενώ το σημείο τήξης του αλουμινίου είναι 660 μοίρες, το οποίο είναι πολύ διαφορετικό). Τα οξείδια είναι πυκνά και έχουν υψηλή σκληρότητα και αναμιγνύονται στο υγρό λιωμένου κράματος με χαμηλή πυκνότητα στην περιοχή της λιωμένης πισίνας, η οποία είναι εύκολο να σχηματιστούν μικρά εγκλείσματα στερεάς σκωρίας που δεν είναι εύκολο να εκκενωθούν, κάτι που όχι μόνο επηρεάζει τη μικροδομή του η συγκόλληση, αλλά είναι επίσης επιρρεπής σε ηλεκτροχημική διάβρωση, η οποία θα προκαλέσει Οι μηχανικές ιδιότητες των συγκολλημένων αρμών μειώνονται, και το Al2O3 καλύπτει τη λιωμένη λίμνη και το αυλάκι, γεγονός που επηρεάζει σοβαρά τη συγκόλληση των κραμάτων και μειώνει τη μικροδομή και τις ιδιότητες των συγκολλημένων αρμών.
Κατάρρευση στομάχου
Το σημείο τήξης του κράματος αλουμινίου είναι πολύ χαμηλότερο από αυτό του οξειδίου του και είναι πολύ ενεργό και εύκολο να οξειδωθεί. Κατά τη διαδικασία συγκόλλησης, το κράμα αλουμινίου τήκεται σε υψηλή θερμοκρασία για να σχηματιστεί μια λιωμένη λίμνη. Το αλουμίνιο στην επιφάνεια της λιωμένης δεξαμενής οξειδώνεται για να σχηματίσει μια μεμβράνη οξειδίου, η οποία καλύπτει τη λιωμένη δεξαμενή σε στερεή μορφή. Δεδομένου ότι το χρώμα της μεμβράνης τετηγμένου οξειδίου δεν διαφέρει πολύ από τη λιωμένη κατάσταση του κράματος αλουμινίου και λόγω της κάλυψης της μεμβράνης οξειδίου, είναι δύσκολο να παρατηρηθεί ο βαθμός τήξης της δεξαμενής λιωμένου κράματος αλουμινίου κατά τη διαδικασία συγκόλλησης , επομένως είναι εύκολο να προκληθεί πολύ υψηλή θερμοκρασία και να προκληθεί θερμότητα συγκόλλησης. Μεγάλες καταρρεύσεις στην περιοχή καταστρέφουν το σχήμα και τις ιδιότητες του μετάλλου συγκόλλησης.
Υπό τη δράση της στιγμιαίας υψηλής ισχύος της πηγής θερμότητας συγκόλλησης, μια μεγάλη ποσότητα υδρογόνου διαλύεται στο υγρό του κράματος. Μετά την ολοκλήρωση της συγκόλλησης, καθώς η θερμοκρασία της λιωμένης δεξαμενής μειώνεται, η διαλυτότητα του αερίου σταδιακά μειώνεται, γεγονός που γίνεται η κύρια αιτία των πόρων κατά τη διαδικασία της συγκόλλησης. λόγος. Λόγω του γρήγορου ρυθμού στερεοποίησης και της χαμηλής πυκνότητας των κραμάτων αλουμινίου, σχηματίζονται πόροι υδρογόνου διαφορετικών μεγεθών κατά την ταχεία στερεοποίηση της συγκόλλησης. Αυτοί οι πόροι θα συνεχίσουν να συσσωρεύονται και να διαστέλλονται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συγκόλλησης, σχηματίζοντας τελικά ορατούς πόρους και μειώνοντας τις δομικές ιδιότητες της άρθρωσης. Φυσικά, η δημιουργία πόρων δεν σχηματίζεται απαραίτητα κατά τη διαδικασία συγκόλλησης. Λόγω της επιρροής της τεχνολογίας χύτευσης, το ίδιο το βασικό μέταλλο θα δημιουργήσει επίσης πόρους κατά τη διαδικασία χύτευσης. Κατά τη συγκόλληση, η συνεχής αλλαγή της εισόδου θερμότητας και της εσωτερικής πίεσης αναγκάζει τους αρχικούς πόρους στο βασικό μέταλλο να διαστέλλονται με τη θερμότητα ή να συνδυάζονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν πόρους συγκόλλησης. Με την αύξηση της εισροής θερμότητας συγκόλλησης, θα αυξηθούν και οι πόροι. Επομένως, για να ελεγχθεί η πηγή υδρογόνου, το υλικό συγκόλλησης πρέπει να υποβληθεί σε αυστηρή επεξεργασία ξήρανσης πριν από τη χρήση. Κατά τη συγκόλληση, το ρεύμα θα πρέπει να αυξηθεί κατάλληλα για να παραταθεί ο χρόνος ύπαρξης της λιωμένης δεξαμενής και να δοθεί επαρκής χρόνος για την καθίζηση του υδρογόνου, ελέγχοντας έτσι τον σχηματισμό πόρων.
Ταξινόμηση τεχνολογίας συγκόλλησης κράματος αλουμινίου
Με την επέκταση της γκάμας εφαρμογής των κραμάτων αλουμινίου, αναδεικνύονται όλο και περισσότερα προβλήματα. Με την πρόοδο της έρευνας, η τεχνολογία συγκόλλησης κράματος αλουμινίου έχει σημειώσει μεγάλη πρόοδο. Επί του παρόντος, υπάρχουν κυρίως συγκόλληση τόξου αργού βολφραμίου (TIG), συγκόλληση με λιωμένο αδρανές αέριο (MIG), συγκόλληση με λέιζερ (LBW), συγκόλληση με τριβή ανάδευσης (FSW) Περιμένετε.
Συγκόλληση TIG
Η συγκόλληση αδρανούς αερίου βολφραμίου (TIG) είναι μια τυπική συγκόλληση τόξου αδρανούς αερίου και είναι η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη μέθοδος συγκόλλησης. Κατά τη συγκόλληση, το ηλεκτρόδιο βολφραμίου και η επιφάνεια συγκόλλησης χρησιμοποιούνται ως ηλεκτρόδια και το αέριο ήλιο ή αργό διέρχεται μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων ως προστατευτικό αέριο για την προστασία του τόξου και το σύρμα και το βασικό μέταλλο τήκονται με στιγμιαία εκφόρτιση υψηλής τάσης. και τα εξαρτήματα από κράμα αλουμινίου συγκολλούνται και σχηματίζονται, και επισκευή συγκόλλησης και επισκευή ελαττωμάτων χύτευσης.
Έχουν κυρίως τα ακόλουθα τεχνικά χαρακτηριστικά:
1. Εύκολο στη λειτουργία, ευέλικτο και ελεγχόμενο, προσαρμόσιμο σε διάφορες συνθήκες εργασίας και περιβάλλον, με χαμηλό κόστος.
2. Η ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα είναι στενή, η παραμόρφωση του συγκολλημένου συνδέσμου είναι μικρή όταν η τροφοδοσία του σύρματος είναι επαρκής και η συνολική απόδοση του συνδέσμου είναι υψηλή.
3. Η απόδοση της διαδικασίας συγκόλλησης είναι καλή και σταθερή, και η ραφή συγκόλλησης είναι συμπαγής και όμορφη.
Συγκόλληση MIG
Η MIG (GMA-Gas Metal Arc Welding) και η TIG είναι και οι δύο συγκόλληση με θωράκιση αδρανούς αερίου, η διαφορά είναι ότι η συγκόλληση TIG χρησιμοποιεί ένα ηλεκτρόδιο βολφραμίου ως σταθερό ηλεκτρόδιο, ενώ η συγκόλληση MIG χρησιμοποιεί το ίδιο το υλικό του σύρματος πλήρωσης ως ηλεκτρόδιο.
Στη διαδικασία συγκόλλησης κραμάτων αλουμινίου με θωρακισμένο αδρανές αέριο από λιωμένο πόλο, η τάση και το ρεύμα δρουν στο άκρο του ηλεκτροδίου του σύρματος συγκόλλησης και δημιουργείται μια στιγμιαία υψηλή τάση μεταξύ του ηλεκτροδίου και του μετάλλου βάσης, η οποία λιώνει το βασικό μέταλλο και το αυλάκι, και το σταγονίδιο στο άκρο του σύρματος συγκόλλησης πέφτει και μεταβαίνει κατακόρυφα στο βασικό μέταλλο. Πάνω στη λιωμένη δεξαμενή υλικού, σχηματίζεται μια ζώνη συγκόλλησης.
Ωστόσο, η διαδικασία εφαρμογής της συγκόλλησης από κράμα αλουμινίου MIG είναι πολύ περιορισμένη, επειδή το μαλακό σύρμα αλουμινίου οδηγεί σε κακή τροφοδοσία σύρματος και το λιωμένο αλουμίνιο τείνει να σχηματίζει ένα φαινόμενο "κρέμασης χωρίς να στάζει" κατά τη συγκόλληση, το οποίο είναι εύκολο να προκαλέσει σταγονίδια βουτιά. Το πλεονέκτημα είναι ότι η συγκόλληση MIG είναι ταχύτερη από τη συγκόλληση TIG και το εύρος κίνησης συγκόλλησης είναι μικρό κατά τη συγκόλληση μεγάλων τεμαχίων εργασίας. Ρυθμίζοντας την ταχύτητα τροφοδοσίας του σύρματος, η απόδοση συγκόλλησης μπορεί να φτάσει αρκετά μέτρα ανά λεπτό.
Συγκόλληση με λέιζερ
Η συγκόλληση με λέιζερ (Laser Beam Welding LBW) χρησιμοποιεί παλμούς λέιζερ υψηλής ενέργειας για την τοπική θέρμανση του υλικού σε μια μικρή περιοχή. Η ενέργεια της ακτινοβολίας λέιζερ διαχέεται στο εσωτερικό του υλικού μέσω της αγωγιμότητας της θερμότητας και το υλικό τήκεται για να σχηματίσει μια συγκεκριμένη λιμωμένη λίμνη. Μετά τη στερεοποίηση, το υλικό συνδέεται ως ένα.
Τα πλεονεκτήματα της συγκόλλησης με λέιζερ είναι ότι το σημείο δράσης συγκόλλησης είναι μικρό, η πηγή θερμότητας υψηλής ισχύος είναι συγκεντρωμένη και έχει την ικανότητα να συγκολλά χοντρές πλάκες, με στενή ζώνη επηρεασμένη από τη θερμότητα και μικρή παραμόρφωση συγκόλλησης. Ωστόσο, ταυτόχρονα, η συγκόλληση με λέιζερ έχει υψηλές απαιτήσεις για τοποθέτηση συγκόλλησης, ακριβό εξοπλισμό συγκόλλησης και υψηλό κόστος συγκόλλησης. Για μεταλλικά υλικά όπως το αλουμίνιο και το μαγνήσιο, η ανακλαστικότητα του λέιζερ είναι υψηλή και η άμεση συγκόλληση είναι δύσκολη.
Η ακτινοβολία υλικών με λέιζερ με διαφορετικές πυκνότητες ισχύος δείχνει ότι όταν η πυκνότητα ισχύος στο τεμάχιο εργασίας φτάσει πάνω από 107 W/cm2, το μέταλλο στη ζώνη θέρμανσης θα εξατμιστεί σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα και το αέριο θα συγκλίνει σε μια μικρή τρύπα στο λιωμένη πισίνα, Αυτή η μικρή τρύπα είναι το κέντρο για τη μεταφορά θερμότητας και μια λιωμένη πισίνα σχηματίζεται κοντά στη μικρή τρύπα, η οποία είναι το φαινόμενο "κλειδαρότρυπας" της συγκόλλησης με βαθιά διείσδυση με λέιζερ. Προκειμένου να αποφευχθεί το πρόβλημα της ανομοιόμορφης λιωμένης λίμνης που προκαλείται από αυτό το φαινόμενο, είναι δυνατό να μειωθεί η ενέργεια του λέιζερ, να αυξηθεί η ταχύτητα συγκόλλησης ή να ελεγχθεί η επανατήξη της περιοχής του ψήγματος για να αφαιρεθούν οι φυσαλίδες στη ζώνη σύντηξης και να μειωθεί η δημιουργία πόρων .
Συγκόλληση με τριβή ανάδευσης
Η συγκόλληση με τριβή ανάδευσης (Friction stir Welding, FSW) είναι μια νέα τεχνολογία σύνδεσης στερεάς φάσης που σχηματίζεται με βάση την παραδοσιακή τεχνολογία συγκόλλησης με τριβή. Στη διεπαφή που πρόκειται να συγκολληθεί, όταν η κεφαλή ανάδευσης προχωρά κατά μήκος της συγκόλλησης, η θερμοκρασία του υλικού συγκόλλησης αυξάνεται και το πλαστικοποιημένο μέταλλο υφίσταται ισχυρή πλαστική παραμόρφωση υπό τη δράση μηχανικής ανάδευσης και ανατροπής και σχηματίζει μια πυκνή σύνδεση στερεάς φάσης μετά διάχυση και ανακρυστάλλωση.
