Као инжењерски метални материјал који је брзо порастао последњих година, легура алуминијума се широко користи у ваздухопловству, аутомобилима, бродовима и другим пољима због своје ниске густине, високе специфичне чврстоће и специфичне крутости, и добре отпорности на корозију. .
Међутим, низ проблема као што су лоша заварљивост и лоше перформансе формирајућег слоја при заваривању ограничавају развој структурних делова од легуре алуминијума. Стога је технологија заваривања алуминијумских легура постала један од главних истраживачких праваца многих научника у земљи и иностранству.
Преглед перформанси алуминијумске легуре
Алуминијум је веома лак метални материјал са густином од само 2,7 г/цм3, што је око 36 процената густине челика. Алуминијумска легура се користи за производњу механичких делова, који могу значајно смањити тежину и постићи ефекте мале тежине, уштеде енергије и смањења емисије.
Специфична чврстоћа и специфична крутост легуре алуминијума су веће од челика 45 и АБС пластике. Употреба материјала од легура алуминијума погодује производњи интегралних компоненти са високим захтевима за крутост.
Алуминијумска легура има одличну топлотну проводљивост, електричну проводљивост и отпорност на корозију. Параметри перформанси легуре алуминијума А380 и других материјала приказани су у табели 1.
Алуминијумска легура има добру обрадивост и могућност рециклирања. Ако се претпостави да је коефицијент отпорности на сечење легуре магнезијума који се најлакше сече 1, отпор резања осталих метала је приказан у табели 2. Може се видети да је отпорност легуре алуминијума на сечење мања од отпорности легуре бакра, гвожђа. и других материјала, а процес резања је релативно лак.
Карактеристике заваривања легуре алуминијума
Под утицајем физичких и хемијских својстава легура алуминијума, постоје одређене потешкоће у процесу заваривања. Садашње заваривање легуре алуминијума углавном има следеће проблеме: термички стрес, аблационо испаравање, чврсте инклузије, колапс пора, итд.:
Тхермал Стресс
Легуре алуминијума имају већи коефицијент топлотног ширења и мањи модул еластичности. Током процеса заваривања, због велике деформације и великог коефицијента линеарне експанзије легуре алуминијума, запреминска стопа скупљања током очвршћавања је око 6 процената, а брзина хлађења и стопа примарне кристализације растопљеног базена су брзи, што доводи до унутрашњег напрезања шава и крутости завареног споја. Већи, лако је изазвати веће унутрашње напрезање у споју легуре алуминијума, изазивајући веће напрезање и деформацију заваривања, формирајући дефекте као што су пукотине и таласна деформација.
Аблационо испаравање
Алуминијум има тачку топљења од 660 степени и тачку кључања од 2647 степени, што је ниже од осталих металних елемената као што су бакар и гвожђе. Током процеса заваривања, ако је температура заваривања превисока, лако је изазвати експлозију и формирати прскање, посебно код заваривања високоенергетским снопом, као што је приказано на слици 1. Поред тога, неки од легирајућих елемената додати легури алуминијума имају ниску тачку кључања, која се веома лако испарава и сагорева на тренутно високој температури заваривања, а прскање настало експлозијом ће такође однети део капљица течности, што неизбежно мења површину завара. Хемијски састав не погодује регулацији перформанси завареног споја. Због тога, да би се надокнадила аблација високе температуре, током заваривања се често користе жица за заваривање или други материјали за заваривање са вишим садржајем елемената тачке кључања од основног метала.
чврста инклузија
Хемијска својства алуминијума су веома активна и лако се оксидирају. Током процеса заваривања, површина легуре алуминијума се оксидира да формира Ал2О3 са високом тачком топљења (око 2050 степени Ц, док је тачка топљења алуминијума 660 степени Ц, што је веома различито). Оксиди су густи и имају високу тврдоћу и мешају се у течности растопљене легуре мале густине у подручју растопљеног базена, од које је лако формирати фину чврсту згуру и тешко се испуштати, што не утиче само на структуру шава, али и лако производи електрохемијску корозију, која ће изазвати Смањење механичких својстава заварених спојева, а Ал2О3 прекрива растопљени базен и жлеб, што озбиљно утиче на заваривање легура и смањује микроструктуру и својства заварених спојева.
Стоматални колапс
Тачка топљења легуре алуминијума је много нижа од оне њеног оксида, а њена природа је живахна и лако се оксидира. Током процеса заваривања, легура алуминијума формира растопљени базен због топљења на високој температури. Алуминијум на површини растопљеног базена се оксидира да би се формирао оксидни филм, који покрива растопљени базен у чврстом стању. Пошто се боја оксидног филма након топљења не разликује много од боје растопљене легуре алуминијума, а због покривености оксидним филмом, тешко је уочити степен топљења растопљене легуре алуминијума током процеса заваривања. , тако да је лако изазвати превисоку температуру, изазивајући утицај топлоте заваривања. Највећи део површине се урушава, уништавајући облик и својства метала шава.
Под дејством тренутне велике снаге извора топлоте за заваривање, велика количина гаса водоника се раствара у течности легуре. Након што је заваривање завршено, како се температура растопљеног базена смањује, постепено се смањује и растворљивост гаса, што постаје главни узрок пора у процесу заваривања. разлог. Пошто је брзина очвршћавања легуре алуминијума пребрза, а густина ниска, током брзог очвршћавања шава формирају се поре водоника различитих величина. Ове поре ће наставити да се акумулирају и шире током процеса заваривања, на крају формирајући видљиве велике поре и смањујући структурна својства споја. Наравно, поре нису нужно формиране током процеса заваривања. Због утицаја технологије процеса ливења, сам основни метал ће такође произвести поре током процеса ливења. Током заваривања, унос топлоте и унутрашњи притисак се константно мењају, узрокујући да се оригиналне поре у основном металу шире или комбинују једна са другом да би формирале поре завара. Како се повећава унос топлоте заваривања, поре ће се такође повећати. Због тога, да би се контролисао извор водоника, материјал за заваривање треба строго осушити пре употребе. Током заваривања, струја се на одговарајући начин повећава да би се продужило време постојања растопљеног базена и дало довољно времена да се водоник исталожи, чиме се контролише формирање пора.
слика
Сл.2 Формирање и конвергенција стомата
Класификација технологије заваривања легура алуминијума
Са проширењем опсега примене алуминијумских легура, све је више проблема наглашено. Са напретком истраживања, технологија заваривања легуре алуминијума је у великој мери развијена. Тренутно постоје углавном заваривање волфрам-аргоном (ТИГ), заваривање растопљеним инертним гасом (МИГ), ласерско заваривање (ЛБВ), заваривање трењем (ФСВ).
Заваривање гасом волфрама
Заваривање инертним гасом од волфрама (ТИГ) је типично заваривање заштићеним инертним гасом и најчешће је коришћена метода заваривања. Приликом заваривања, волфрамова електрода и површина заваривања се користе као електроде, а хелијум или гас аргон се пропушта између две електроде као заштитни гас за заштиту лука, а жица и основни метал се топе тренутним високонапонским пражњењем, а делови од легура алуминијума се заварују и формирају, и Заваривање и поправка дефекта ливења.
Углавном има следеће техничке карактеристике:
Једноставан за руковање, флексибилан и подложан контроли, прилагодљив различитим условима рада и окружења и ниски трошкови;
Зона утицаја топлоте је уска, а деформација завареног споја је мала под условом довољног храњења жице, а свеобухватне перформансе споја су високе;
Перформансе процеса заваривања су добре и стабилне, а заварени шав је густ и леп.
МИГ заваривање
И МИГ (ГМА-Гас Метал Арц Велдинг) и ТИГ су заваривање заштићеним инертним гасом. Разлика је у томе што ТИГ заваривање користи волфрамове електроде као фиксне електроде, док МИГ заваривање користи сам материјал испуњене жице као електроде.
У процесу заваривања легуре алуминијума заштићеним металом инертним гасом, напон и струја делују на крај електроде жице за заваривање, а између електроде и основног метала се ствара тренутни високи притисак, који топи основни метал и жлеб, а капљица на крају жице отпада и прелази вертикално на основни метал. На растопљеном базену материјала формира се зона завара.
Међутим, процес примене МИГ заваривања од легуре алуминијума је релативно ограничен, јер мекоћа алуминијумске жице доводи до лошег увлачења жице, а растопљени алуминијум је склон да формира феномен „виси али не капље“ током заваривања, што је лако. да изазове прскање капљица. Предност је у томе што је МИГ заваривање брже од ТИГ заваривања, а опсег кретања заваривања је мали када се заварују велики обрадаци. Подешавањем брзине довода жице, ефикасност заваривања може достићи неколико метара у минути.
ласерско заваривање
Заваривање ласерским снопом (Ласер Беам Велдинг ЛБВ) користи ласерске импулсе високе енергије за локално загревање материјала на малој површини. Енергија ласерског зрачења дифундује у унутрашњост материјала кроз проводљивост топлоте, а материјал се топи да би се формирао специфичан растопљени базен. Након очвршћавања, материјал је повезан у Једно.
Предност ласерског заваривања је што је тачка деловања заваривања мала, извор топлоте велике снаге је концентрисан, способан је да завари дебеле плоче, зона утицаја топлоте је уска, а деформација заваривања је мала. Али у исто време, ласерско заваривање има високе захтеве за позиционирање заваривања, скупу опрему за заваривање и високе трошкове заваривања. За металне материјале као што су алуминијум и магнезијум, рефлективност ласера је висока, а директно заваривање је тешко.
Зрачење материјала ласерима различите густине снаге показује да када густина снаге на радном комаду достигне више од 107В/цм2, метал у зони грејања ће бити гасификован за врло кратко време, а гас ће конвергирати у малу рупу у растопљени базен и формирају а Мала рупа је центар за пренос топлоте, а растопљени базен се формира у близини мале рупе, што је ефекат "кључаонице" ласерског заваривања дубоког продирања. Да би се избегла неравнина растопљеног базена узрокована овим феноменом, могуће је смањити енергију ласера, повећати брзину заваривања или контролисати претапање груменчића како би се уклонили мехурићи у зони фузије и смањило стварање пора. .
заваривање трењем уз мешање
Заваривање трењем (Фрицтион стир Велдинг, ФСВ) је нова врста технологије спајања чврсте фазе засноване на традиционалној технологији заваривања трењем. На међупростору за заваривање, када глава за мешање напредује дуж завареног шава, температура материјала за заваривање расте, а пластифицирани метал подлеже снажној пластичној деформацији под дејством механичког мешања и ометања и формира густу чврсту фазу. после дифузије и рекристализације.
У поређењу са традиционалним методама заваривања, ФВ технологија има следеће предности:
Ниска температура заваривања и мала деформација заваривања;
Добра механичка својства завара;
Процес заваривања је једноставан, економичан и еколошки прихватљив.
Главни проблеми и фокус истраживања
Применом легура алуминијума у све више индустрија, проблем његовог ремонтног повезивања привлачи пажњу све већег броја научника. Различитим испитивањима заваривања на алуминијумским легурама утврђено је да зрелост технологије поправке још увек није задовољила развојне потребе индустрије, ау њој и даље постоје различити проблеми.
Заваривање гасним волфрамовим луком и заваривање металом са инертним гасом су две методе заваривања које се тренутно најчешће користе, али ове две технологије имају широку зону топлотног утицаја, а метал шава треба да се растопи, а затим очврсне, што утиче на структура. Већи, а резидуални напон је висок, што резултира озбиљним утицајем на механичка својства споја. Густина снопа енергије ласерског заваривања је велика, а однос дубине и ширине шава је велики, али је врло лако формирати поре, а његова скупа цена такође ограничава популаризацију апликација. Заваривање фрикционим мешањем пружа решење за проблем топлоте, али заваривање трењем захтева релативно велики притисак узнемиравања и погонску силу напред, а опрема је генерално компликована и гломазна, што ограничава њен развој.
Фокус будућих истраживања о сродним темама треба да буде на следећим аспектима:
Почевши од основе заваривања фузијом, прилагодите формулу жице за заваривање, додајте елементе ретких земаља или изаберите одговарајућу количину активатора заваривања да контролишете деформацију заваривања, смањите напон и смањите стварање пора.
Због проширења обима и примене легура, најчешће се користе у комбинацији са различитим материјалима, па је неопходно спровести експерименте заваривања у преклопу између различитих метала да би се добили висококвалитетни спојеви.
Спроведите истраживање о заварљивости композитних извора топлоте, као што је хибридно заваривање ТИГ ласером, ласерско композитно заваривање трењем, како бисте добили оптималне перформансе заваривања.
