Kaip inžinerinė metalo medžiaga, kuri pastaraisiais metais sparčiai išaugo, aliuminio lydiniai buvo plačiai naudojami aviacijos erdvėje, automobiliuose, laivuose ir kitose srityse dėl mažo tankio, didelio specifinio stiprumo ir specifinio standumo bei gero atsparumo korozijai. .
Tačiau daugybė problemų, tokių kaip prastas suvirinamumas ir prastas formavimo sluoksnio veikimas suvirinant, riboja aliuminio lydinio konstrukcinių dalių kūrimą. Todėl aliuminio lydinio suvirinimo technologija tapo viena iš pagrindinių daugelio mokslininkų tyrimų krypčių šalyje ir užsienyje.
Aliuminio lydinio savybių apžvalga
Aliuminis yra labai lengva metalo medžiaga, kurios tankis yra tik 2,7 g/cm3, o tai sudaro apie 36% plieno tankio. Aliuminio lydinio naudojimas mechaninėms dalims gaminti gali žymiai sumažinti svorį ir pasiekti lengvo svorio, energijos taupymo ir emisijos mažinimo efektą.
Aliuminio lydinio specifinis stiprumas ir standumas yra didesnis nei 45 plieno ir ABS plastiko. Aliuminio lydinio medžiagų naudojimas yra palankus integruotų komponentų, kuriems keliami dideli standumo reikalavimai, gamyba.
Aliuminio lydinys turi puikų šilumos laidumą, elektros laidumą ir atsparumą korozijai. A380 aliuminio lydinio ir kitų medžiagų eksploataciniai parametrai pateikti 1 lentelėje.
Aliuminio lydiniai turi gerą apdirbamumą ir perdirbamumą. Jei manoma, kad labiausiai apdirbamo magnio lydinio atsparumo pjovimui koeficientas yra 1, kitų metalų atsparumas pjovimui parodytas 2 lentelėje. Matyti, kad aliuminio lydinio atsparumas pjovimui yra mažesnis nei vario, geležies ir kt. medžiagų, o pjovimo procesas yra lengvesnis.
Aliuminio lydinio suvirinimo charakteristikos
Dėl fizinių ir cheminių aliuminio lydinių savybių suvirinimo procese kyla tam tikrų sunkumų. Dabartinis aliuminio lydinio suvirinimas dažniausiai turi šias problemas: terminis įtempis, abliacijos išgaravimas, kietų intarpų, porų žlugimas ir kt.:
Šiluminis stresas
Aliuminio lydiniai turi didesnį šiluminio plėtimosi koeficientą ir mažesnį elastingumo modulį. Suvirinimo proceso metu dėl didelės aliuminio lydinio deformacijos ir didelio linijinio plėtimosi koeficiento tūrio susitraukimo greitis kietėjimo metu yra apie 6%, o išlydyto baseino aušinimo greitis ir pirminės kristalizacijos greitis yra greiti, todėl vidinis suvirinimo siūlės įtempis ir suvirintos jungties standumas. Didesnis, aliuminio lydinio jungtyje lengva sukurti didelį vidinį įtempį, sukeliantį didelį suvirinimo įtempį ir deformaciją, susidaro įtrūkimai, bangos deformacija ir kiti defektai.
Abliatyvus išgarinimas
Aliuminio lydymosi temperatūra yra 660 laipsnių, o virimo temperatūra yra 2647 laipsnių, o tai yra žemesnė nei kitų metalinių elementų, tokių kaip varis ir geležis. Suvirinimo proceso metu, jei suvirinimo temperatūra yra per aukšta, jis lengvai sprogsta ir gali susidaryti purslų, ypač suvirinant naudojant didelės energijos pluoštą, kaip parodyta 1 paveiksle. Be to, kai kurie legiravimo elementai, dedami į aliuminio lydinį, turi žema virimo temperatūra, kurią lengva išgaruoti ir sudeginti esant momentinei aukštai suvirinimo temperatūrai, o sprogimo metu susidarę purslai taip pat pašalins dalį lašelių, o tai neišvengiamai keičia suvirinimo siūlės plotą. Cheminė sudėtis nėra palanki suvirintų jungčių veikimo reguliavimui. Todėl, siekiant kompensuoti aukštos temperatūros abliaciją, suvirinimo metu dažnai naudojami suvirinimo laidai ar kitos suvirinimo medžiagos, kurių virimo temperatūros elementų kiekis yra didesnis nei netauriųjų metalų.
Kieti inkliuzai
Aliuminio cheminės savybės yra labai aktyvios ir lengvai oksiduojamos. Suvirinimo proceso metu aliuminio lydinio paviršius oksiduojamas, kad susidarytų Al2O3, kurio lydymosi temperatūra yra aukšta (apie 2050 laipsnių, o aliuminio lydymosi temperatūra yra 660 laipsnių, o tai labai skiriasi). Oksidai yra tankūs ir didelio kietumo, o išlydyto baseino zonoje jie yra sumaišyti su mažo tankio išlydyto lydinio skystyje, iš kurio lengvai susidaro maži kieto šlako intarpai, kuriuos nelengva išleisti, o tai ne tik paveikia jo mikrostruktūrą. suvirinimo siūlę, bet taip pat yra linkusi į elektrocheminę koroziją, kuri sukels Suvirintų jungčių mechaninės savybės mažėja, o Al2O3 dengia išsilydžiusį baseiną ir griovelį, o tai daro didelę įtaką lydinių suvirinimui ir sumažina suvirintų jungčių mikrostruktūrą ir savybes.
Stomos kolapsas
Aliuminio lydinio lydymosi temperatūra yra daug žemesnė nei jo oksido, jis yra labai aktyvus ir lengvai oksiduojamas. Suvirinimo proceso metu aliuminio lydinys išlydomas aukštoje temperatūroje, kad susidarytų išlydytas baseinas. Išlydyto baseino paviršiuje esantis aliuminis oksiduojamas ir susidaro oksido plėvelė, kuri kietu pavidalu dengia išlydytą baseiną. Kadangi išlydyto oksido plėvelės spalva nedaug skiriasi nuo išlydyto aliuminio lydinio būsenos ir dėl oksido plėvelės dangos, sunku stebėti aliuminio lydinio išlydyto baseino lydymosi laipsnį suvirinimo proceso metu. , todėl lengva sukelti per aukštą temperatūrą ir sukelti suvirinimo karštį. Dideli įgriuvimai šioje srityje sunaikina suvirinto metalo formą ir savybes.
Veikiant momentinei didelei suvirinimo šilumos šaltinio galiai, lydinio skystyje ištirpsta didelis vandenilio kiekis. Baigus suvirinimą, mažėjant išlydyto baseino temperatūrai, palaipsniui mažėja dujų tirpumas, o tai tampa pagrindine porų priežastimi suvirinimo proceso metu. priežastis. Dėl greito kietėjimo greičio ir mažo aliuminio lydinių tankio greito suvirinimo siūlės kietėjimo metu susidaro įvairaus dydžio vandenilio poros. Šios poros toliau kaupsis ir plėsis suvirinimo proceso metu, galiausiai suformuodamos matomas poras ir sumažindamos jungties struktūrines savybes. Žinoma, porų susidarymas nebūtinai susidaro suvirinimo proceso metu. Dėl liejimo technologijos įtakos liejimo proceso metu poras susidarys ir pats netaurieji metalai. Suvirinimo metu dėl nuolatinio šilumos įėjimo ir vidinio slėgio pasikeitimo netauriojo metalo pradinės poros plečiasi nuo karščio arba jungiasi viena su kita, sudarydamos suvirinimo poras. Didėjant suvirinimo šilumos patekimui, padidės ir poros. Todėl, norint kontroliuoti vandenilio šaltinį, prieš naudojimą suvirinimo medžiaga turi būti kruopščiai išdžiovinta. Suvirinimo metu srovė turi būti atitinkamai padidinta, kad pailgėtų išlydyto baseino egzistavimo laikas ir liktų pakankamai laiko vandeniliui nusodinti, taip kontroliuojant porų susidarymą.
Aliuminio lydinio suvirinimo technologijos klasifikacija
Plečiantis aliuminio lydinių pritaikymo spektrui, išryškėja vis daugiau problemų. Tobulėjant tyrimams, aliuminio lydinio suvirinimo technologija padarė didelę pažangą. Šiuo metu daugiausia naudojamas lankinis suvirinimas volframu argonu (TIG), suvirinimas išlydytomis inertinėmis dujomis (MIG), suvirinimas lazeriu (LBW), suvirinimas trinties būdu (FSW). Palaukite.
TIG suvirinimas
Suvirinimas volframo inertinėmis dujomis (TIG) yra tipiškas lankinis suvirinimas inertinėmis dujomis ir yra dažniausiai naudojamas suvirinimo būdas. Suvirinimo metu volframo elektrodas ir suvirinimo paviršius naudojami kaip elektrodai, o helio arba argono dujos perduodamos tarp dviejų elektrodų kaip apsauginės dujos, apsaugančios lanką, o viela ir netaurieji metalai išlydomi momentiniu aukštos įtampos iškrovimu, ir aliuminio lydinio dalys suvirinamos ir formuojamos bei Suvirinimo taisymas ir liejimo defektų taisymas.
Daugiausia turi šias technines charakteristikas:
Lengvai valdomas, lankstus ir valdomas, pritaikomas įvairioms darbo sąlygoms ir nedidelė kaina;
Šilumos paveikta zona yra siaura, suvirintos jungties deformacija yra maža, kai yra pakankamai vielos padavimo, o visapusiškas jungties veikimas yra didelis;
Suvirinimo procesas yra geras ir stabilus, o suvirinimo siūlė yra tanki ir graži.
MIG suvirinimas
MIG (GMA-Gas Metal Arc Welding) ir TIG yra suvirinimas su inertinėmis dujomis, skirtumas yra tas, kad TIG suvirinimui naudojamas volframo elektrodas kaip fiksuotas elektrodas, o MIG suvirinimui kaip elektrodas naudojama pati užpildo vielos medžiaga.
Tačiau aliuminio lydinio MIG suvirinimo panaudojimo procesas yra labai ribotas, nes dėl minkštos aliuminio vielos prastai tiekiama viela, o išlydytas aliuminis linkęs formuoti suvirinimo metu „kabojimą be lašėjimo“, dėl kurio lengvai gali susidaryti lašeliai. purslų. Privalumas yra tas, kad MIG suvirinimas yra greitesnis nei TIG suvirinimas, o suvirinimo judesių diapazonas suvirinant didelius ruošinius yra mažas. Reguliuojant vielos padavimo greitį, suvirinimo efektyvumas gali siekti kelis metrus per minutę.
Lazerinis suvirinimas
Lazerinio pluošto suvirinimas (Laser Beam Welding LBW) naudoja didelės energijos lazerio impulsus, kad lokaliai pašildytų medžiagą nedideliame plote. Lazerio spinduliuotės energija per šilumos laidumą pasklinda į medžiagos vidų, o medžiaga išsilydo, kad susidarytų specifinis išlydytas baseinas. Po sukietėjimo medžiaga sujungiama kaip viena.
Lazerinio suvirinimo privalumai yra tai, kad suvirinimo veikimo taškas yra mažas, didelės galios šilumos šaltinis yra koncentruotas, jis gali suvirinti storas plokštes, turinčias siaurą šilumos poveikio zoną ir mažą suvirinimo deformaciją. Tačiau tuo pačiu metu lazeriniam suvirinimui keliami aukšti suvirinimo pozicionavimo reikalavimai, brangi suvirinimo įranga ir didelė suvirinimo kaina. Metalinių medžiagų, tokių kaip aliuminis ir magnis, lazerio atspindėjimas yra didelis, o tiesioginis suvirinimas yra sudėtingas.
Apšvitinant medžiagas skirtingo galios tankio lazeriais matyti, kad ruošinio galios tankiui pasiekus daugiau nei 107W/cm2, metalas kaitinimo zonoje per labai trumpą laiką išgaruos, o dujos susilies į nedidelę skylutę. išlydytas baseinas, ši maža skylė yra šilumos perdavimo centras, o šalia mažos skylės susidaro išlydytas baseinas, kuris yra lazerio giluminio suvirinimo „rakto skylutės“ efektas. Siekiant išvengti šio reiškinio sukeltos netolygaus išlydyto baseino problemos, galima sumažinti lazerio energiją, padidinti suvirinimo greitį arba kontroliuoti grynuolio srities perlydymą, kad būtų pašalinti burbuliukai sintezės zonoje ir sumažėtų porų susidarymas. .
Suvirinimas trinties būdu
Frikcinis maišomasis suvirinimas (Friction stir Welding, FSW) yra nauja kietafazio sujungimo technologija, suformuota tradicinės frikcinio suvirinimo technologijos pagrindu. Suvirinamoje sąsajoje, kai maišymo galvutė juda išilgai suvirinimo siūlės, suvirinimo medžiagos temperatūra pakyla, o plastifikuotas metalas patiria stiprią plastinę deformaciją, veikiant mechaniniam maišymui ir trikdymui, ir po to susidaro tanki kietosios fazės jungtis. difuzija ir rekristalizacija.
Palyginti su tradiciniais suvirinimo metodais, FSW technologija turi šiuos privalumus:
Žema suvirinimo temperatūra ir nedidelė suvirinimo deformacija;
Suvirinimo siūlės mechaninės savybės yra geros;
Suvirinimo procesas yra paprastas, ekonomiškas ir nekenksmingas aplinkai.
