1 преамбула
Легуре магнезијума нису само лагане, високе чврстоће и ниске цене, већ имају и добро пригушивање вибрација, способност ливења, електричну проводљивост, електромагнетну заштиту и расипање топлоте, и постале су пожељни метални материјали за многе индустријске производе. Тренутно се легуре магнезијума широко користе у компонентама са малом носивошћу као што су оквири пилотске кабине, носачи опреме и главчине точкова у ваздухопловној индустрији [1].
Са трансформацијом и надоградњом модерне опреме за производњу великих размера, потражња за лаким конструкцијским деловима од легуре магнезијума постала је веома хитна. Међутим, постоје многи недостаци у заваривању легура магнезијума и тешко је добити заварене спојеве високог квалитета формирања и високих свеобухватних перформанси. У овом раду анализирају се узроци дефекта у заваривању легура магнезијума и предлажу превентивне мере које могу помоћи популаризацији и примени материјала од легура магнезијума, а имају практични значај за област производне опреме.
2 Процес заваривања легуре магнезијума
Уобичајени процеси заваривања легура магнезијума укључују заваривање фузијом и заваривање у чврстој фази. Заваривање фузијом углавном укључује заваривање волфрам-аргоном, заваривање метала аргоном, заваривање електронским снопом, ласерско заваривање и друге методе, а заваривање у чврстој фази је углавном заваривање трењем. Међу њима, заваривање трењем је постало пожељна метода заваривања због својих предности мањег посла припреме пре заваривања, нема потребе за заштитним гасом и материјалима за заваривање, заваривања у свим позицијама, добрих механичких својстава заварених спојева и малог напрезања након заваривања деформација. Међутим, заваривање трењем има недостатке у томе што завар мора бити чврсто фиксиран, брзина заваривања је мала, глава за мешање се брзо троши, а кључаоница се лако формира на крају завара, што чини заваривање фузијом уобичајеном методом заваривања. .
3 Анализа дефекта заваривања легуре магнезијума
Легуре магнезијума имају недостатке као што су лако испаравање, лака оксидација, лако нитрирање и велики термички стрес, а често показују разне дефекте заваривања током заваривања. Разређени су узроци и превентивне мере уобичајених дефеката као што су поре, термичке пукотине и деформације.
3.1 Стомата
(1) Узроци настанка Поре се често појављују у завару споја заваривања фузионом. На пример, слика 1 приказује морфологију пора завареног шава обичног споја за електролучно заваривање од легуре магнезијума АЗ91Д од легуре магнезијума аргон волфрам. Постоје две врсте микроскопских пора у којима доминира гас водоник и уплетене макроскопске поре у којима доминира азот [2].
Формирање пора се углавном приписује из два разлога: један је тај што се нерастворљиви гас који настаје металуршком реакцијом у базену за заваривање скупља између очврснутих кристала дендрита и није га лако избацити да би формирао поре; други је зато што базен за заваривање апсорбује и раствара нешто. У фази очвршћавања, растворљивост гаса се брзо смањује са наглим падом температуре растопљеног базена, а гас се лако скупља на предњем делу растућих дендрита, формирајући поре дуж кристални слој.
Током фузионог заваривања легура магнезијума, поре углавном потичу од раствореног водоника, док водоник у растопљеном базену углавном потиче од влаге око основног метала, жице за заваривање или атмосфере стуба лука. Легуре магнезијума имају јаку топлотну проводљивост, а брзина очвршћавања растопљеног базена је веома брза, што узрокује да водоник излази и формира поре. Истовремено, МгО филм се лако формира на површини легуре магнезијума. Што већи садржај Мг доводи до више МгО, МгО је лабавији од Ал2О3 и других оксида, и лакше је апсорбовати воду и формирати поре.
Тренутно је порозност заварених шавова за заваривање растопљеним инертним гасом (МИГ) највећа. То је зато што се МИГ заваривање ослања на континуирано топљење жице за заваривање, а оксидни филм у жици за заваривање ће снажно растворити закачену воду у капљицу, што ће резултирати хидрогенацијом растопљеног базена. . Заваривање електронским снопом и ласерско заваривање такође имају већу порозност у шаву, што је због мањег уноса топлоте заваривања ове две методе, бржег хлађења растопљеног базена, а водоник у растопљеном базену нема времена да побегне.
(2) Превентивне мере Третман пре заваривања: комбинујте механичко чишћење и хемијско чишћење да бисте уклонили оксидни филм и уљне мрље на површини основног метала и жице за заваривање што је више могуће; користите методе сушења да бисте што је више могуће уклонили влагу на површини основног метала и жице за заваривање; покушајте да избегнете заваривање у окружењу.
Оптимизација параметара заваривања: Параметри заваривања могу утицати на услове изласка и топљења гаса у растопљеном базену. Када су услови испуштања повољнији од услова топљења, могуће је смањити порозност. Слика 2 приказује однос између тенденције порозности легуре алуминијум-магнезијум ЛФ6 и параметара заваривања [3]. Већа струја заваривања и брзина заваривања доприносе смањењу порозности.
Заштитна атмосфера има одговарајућа оксидативна својства: Из перспективе спречавања растварања водоника, додавање мале количине ЦО2 или О2 инертном гасу који се користи за заштиту заваривања као што су Ар и Хе може помоћи у смањењу порозности.
3.2 Термичке пукотине
(1) Узроци настанка Најчешће термичке пукотине су пукотине очвршћавања и пукотине од течења. Пукотине у очвршћавању су пукотине настале одвајањем преосталог течног филма између метала шава када температура очвршћавања падне близу линије солидуса. Пукотина у течности је да се интеркристална фаза топи у течну фазу када се подручје близу прореза прегреје, а течни филм се одваја и пуца. На пример, слика 3 приказује стање пукотина у заваривању које одговарају различитим брзинама заваривања током ласерског заваривања легуре магнезијума ЗК60 [4].
Током процеса заваривања, главни легирајући елемент магнезијум лако реагује са елементима у траговима као што су алуминијум, бакар, никл, итд. да би се формирало еутектичко једињење ниске тачке топљења. Током очвршћавања, у опсегу крхких температура, ови неочврсли еутектици ће се дистрибуирати међу зрнима у облику течног филма, што озбиљно смањује међугрануларну силу везивања. Магнезијумска легура има велики коефицијент топлотног ширења, што узрокује велику термичку деформацију током заваривања, и биће подложна великом напрезању скупљања током очвршћавања. Интергрануларни течни филм је тешко одолети овом напрезању скупљања, а лако се пуца и формира пукотине учвршћивања. На исти начин, топлотна проводљивост и брзина деформације легуре магнезијума су релативно велике, а топлотни циклус заваривања ће брзо растопити међугрануларну фазу близу шава, а механичка својства границе зрна ће се смањити, што је лако пуцати испод стреса.
(2) Превентивне мере Подесите садржај елемената у основном металу и жици за заваривање: ограничите садржај лако одвајајућих елемената и штетних нечистоћа у основном металу и жици за заваривање и минимизирајте макро-сегрегацију и друге фазе ниског топљења које се јављају у завару.
Оптимизација параметара заваривања: избором разумне брзине заваривања, на слици 4. је приказан однос између облика растопљеног базена и брзине заваривања [3]. Приликом заваривања при малој брзини, растопљени базен је елиптичан, а стубасти кристали расту до средине вара у облику рибље кости, што није лако формирати одвојене слабе површине, а тенденција термичких пукотина је мала; али при заваривању великом брзином, растопљени базен је у облику сузе, а стубасти кристали су слични. Расте вертикално у односу на осу вара, и лако је формирати слабу површину за сегрегацију на површини састанка, а тенденција термичких пукотина је велика. Такође је могуће побољшати величину зрна и смањити величину интергрануларне фазе одговарајућим смањењем уноса топлоте заваривања и успорити напрезање очвршћавања и скупљања шава смањењем брзине хлађења, што све може смањити појаву термичке пукотине.
Разумна контрола обуздавања: Контролом обуздавања, оптерећење зглоба се смањује колико је то могуће. На пример, одабир одговарајуће секвенце заваривања. Када је редослед заваривања неправилан, последњих неколико заварених спојева може бити у стању великих ограничења, тешко се слободно скупља, количина напрезања се значајно повећава, а пукотине су склоне настанку.
3.3 Деформација
(1) Узроци формирања Магнезијумске легуре имају високу топлотну проводљивост и велики коефицијент топлотног ширења, тако да је брзина хлађења завареног шава брза, а подручје близу шава и основни метал се лако деформишу напоном скупљања, а коначни облик и промена величине. На пример, слика 5 показује да легура алуминијум-магнезијум има конкавну деформацију јер је кутни завар млазнице сувише близу ободног вара цилиндра [5].
(2) Превентивне мере Оптимизујте структуру завара: рационално распоредите положај завара, обезбедите да сваки завар има довољно простора за дисипацију топлоте и избегавајте прекомерну концентрацију завара у том подручју; изабрати одговарајући облик и величину завара [6].
Повећајте крутост и фиксацију: Приликом заваривања плоча од легуре магнезијума, користите посебне учвршћиваче, потпорне шипке и друге уређаје за причвршћивање плоча од легуре магнезијума на радном столу. Након хлађења на собну температуру након заваривања, метода ударања се користи за ослобађање дела напона заваривања, а затим се уклања крута фиксација.
Претходно загревање пре заваривања: Предгревање пре заваривања повећава температуру основног метала како би се осигурало да се температурна разлика између метала шава и околног основног метала током заваривања смањи, чиме се смањује унутрашњи напон скупљања заваривања.
Изаберите разумну секвенцу заваривања: Поделите компоненту на неколико малих јединица на одговарајући начин, заварите сваку малу јединицу посебно, а затим заварите мале јединице као целину, тако да се асиметрични завари или завари са великим скупљањем могу слободније скупљати без скупљања. утичу на целу структуру [7].
Контрола против деформације: Процените величину и правац деформације заваривања, а затим поставите вештачке деформације са супротним смеровима и једнаких величина током склапања заваривања, тако да се деформација настала заваривањем може надокнадити унапред подешеном антидеформацијом.
3.4 Остали недостаци
(1) Рупе. Рупе се често појављују у завару заварених спојева који се мешају трењем. На пример, слика 6 приказује празнину у шаву за заваривање трењем са мешањем легуре магнезијума АЗ31 [8]. Приликом заваривања легура магнезијума, када је унос топлоте заваривања недовољан, пластична деформација депонованог метала ће бити недовољна, флуидност материјала ће бити лоша, а унутрашњост вара неће бити потпуно затворена, формирајући рупе; када је унос топлоте заваривања превелик, доћи ће до главе за мешање. Материјал заваривања на предњој страни се шири и прелива, а заливање је недовољно, стварајући рупе; када се користи стубна или конусна глава за мешање без навоја, пластична деформација материјала у подручју завара је недовољна, а рупе се лако формирају. Појава дефекта рупа се може избећи разумном контролом брзине заваривања и брзине ротације главе за мешање како би се подесила улазна топлота заваривања, или одабиром одговарајуће геометрије главе за мешање.
слика
Сл.6 Дефект пора завареног споја трењем и мешањем од легуре магнезијума АЗ31 (АС је предња страна, РС је задња страна)[8]
(2) Прогоревање Прогоревање се често јавља у завареном шаву споја за заваривање фузијом. Због високе тачке топљења магнезијум оксида и ниске тачке топљења легуре магнезијума, тешко је спојити ово двоје када су спојени заједно. Када је лим од легуре магнезијума заварен, тешко је посматрати топљење завара. Када се унос топлоте повећа до неразумног опсега, боја растопљеног базена се не мења значајно, али неотопљени метал испод растопљеног базена не може да се одупре стресу који прима, и у овом тренутку долази до изгоревања. Добро очистите површину легуре магнезијума пре заваривања и заварите што је пре могуће након чишћења да бисте избегли појаву дефекта који прогоре. Поред тога, оптимизацијом параметара заваривања ради ограничавања дубине продирања, може се избећи и прогоревање.
4 Анализа типичних случајева заваривања у легурама магнезијума
Легура магнезијума ГВ63К дебљине 6 мм заварена је ласерским заваривањем и заваривањем електронским снопом, а макроскопски изглед завареног шава је приказан на сл. 7 и сл. 8 респективно. Две врсте шавова за заваривање фузијом имају очигледне недостатке као што су прскање и подрезивање, које су узроковане ниском тачком топљења легуре магнезијума, великим коефицијентом топлотног ширења и великим уносом топлоте заваривања. Следеће методе се могу користити за смањење уноса топлоте заваривања. Оптимизација процеса.
слика
Слика 7 Макроскопска морфологија ласерски завареног шава легуре магнезијума ГВ63К
слика
Слика 8 Макроскопска морфологија завареног шава електронским снопом од легуре магнезијума ГВ63К
