1 preambul
Magneesiumisulamid ei ole mitte ainult kerged, tugevad ja madala hinnaga, vaid neil on ka hea vibratsioonisummutus, valatavus, elektrijuhtivus, elektromagnetiline varjestus ja soojuse hajumine ning neist on saanud paljude tööstustoodete eelistatud metallmaterjal. Praegu kasutatakse lennutööstuses magneesiumisulameid laialdaselt väikese kandevõimega komponentides, nagu kokpitiraamid, seadmete kronsteinid ja rattarummud [1].
Kaasaegsete suuremahuliste tootmisseadmete ümberkujundamise ja uuendamisega on nõudlus kergete magneesiumisulamist konstruktsiooniosade järele muutunud väga kiireloomuliseks. Magneesiumisulamite keevitamisel on aga palju defekte ning kõrge vormimiskvaliteedi ja suure jõudlusega keevisliiteid on raske saada. Käesolevas artiklis analüüsitakse magneesiumisulami keevitusdefektide põhjuseid ja pakutakse välja ennetusmeetmed, mis võivad aidata kaasa magneesiumisulamist materjalide populariseerimisele ja kasutamisele ning millel on praktiline tähtsus tootmisseadmete valdkonnas.
2 Magneesiumisulami keevitusprotsess
Levinud magneesiumisulamite keevitusprotsessid hõlmavad sulakeevitust ja tahkefaasilist keevitust. Sulandkeevitus hõlmab peamiselt volfram-argoon-kaarkeevitust, metalli-argoonkaarkeevitust, elektronkiirkeevitust, laserkeevitust ja muid meetodeid ning tahkefaasiline keevitamine on peamiselt hõõrdkeevitus. Nende hulgas on eelistatud keevitusmeetodiks muutunud hõõrdsegamiskeevitus, kuna selle eelisteks on vähem keevituseelset ettevalmistustööd, kaitsegaasi ja keevitusmaterjalide puudumine, igas asendis keevitamine, keevisõmbluste head mehaanilised omadused ja väike keevitusjärgne pinge. deformatsioon. Hõõrdkeevitusel on aga puudused, et keevisõmblus peab olema jäigalt fikseeritud, keevituskiirus on väike, segamispea kulub kiiresti ja keevisõmbluse lõppu on lihtne moodustada võtmeauk, mis teeb sulakeevitamise tavaliseks keevitusmeetodiks. .
3 Magneesiumisulami keevitusdefektide analüüs
Magneesiumisulamitel on puudusi, nagu lihtne aurustumine, kerge oksüdeerumine, kerge nitridimine ja suur termiline stress, ning sageli ilmnevad keevitamise ajal mitmesugused keevitusdefektid. Selgitatakse välja levinud defektide, nagu poorid, termilised praod ja deformatsioon, põhjused ja ennetavad meetmed.
3.1 Stomata
(1) Moodustumise põhjused Liitkeevitusliidese keevisõmblusesse tekivad sageli poorid. Näiteks joonisel 1 on kujutatud tavalise survevaluga AZ91D magneesiumisulamist argooni volframkaare keevitusliite keevisõmbluse pooride morfoloogiat. On kahte tüüpi mikroskoopilisi poore, milles domineerib gaas vesinik, ja põimunud makroskoopilisi poore, milles domineerib lämmastik [2].
Pooride moodustumine on peamiselt tingitud kahest põhjusest: üks on see, et keevitusbasseinis metallurgilise reaktsiooni käigus tekkiv lahustumatu gaas koguneb tahkunud dendriidikristallide vahele ja seda pole lihtne pooride moodustamiseks välja lasta; teine on seepärast, et keevitusvann neelab ja lahustab mõningaid tahkestumisetapis väheneb gaasi lahustuvus kiiresti sulavanni temperatuuri järsu langusega ja gaasi on kerge koguda kasvavate dendriitide esiossa, moodustades piki poore. kristallikiht.
Magneesiumisulamite sulakeevitamise ajal pärinevad poorid peamiselt lahustunud vesinikust, samas kui sulabasseinis olev vesinik pärineb peamiselt mitteväärismetalli, keevistraadi või kaarkolonni atmosfääri ümbritsevast niiskusest. Magneesiumisulamitel on tugev soojusjuhtivus ja sulabasseini tahkumiskiirus on väga kiire, põhjustades vesiniku väljapääsu ja pooride moodustumist. Samal ajal on magneesiumisulami pinnale lihtne moodustada MgO kilet. Mida suurem on Mg sisaldus, tekib rohkem MgO, MgO on lahtisem kui Al2O3 ja teised oksiidid ning seda on lihtsam vett imada ja poore moodustada.
Praegu on sulatatud inertgaasiga varjestatud keevisõmbluste (MIG) poorsus kõrgeim. Selle põhjuseks on asjaolu, et MIG-keevitus põhineb keevistraadi pideval sulamisel ja keevistraadis olev oksiidkile lahustab tugevalt kinnitatud vee tilka, mille tulemuseks on sulabasseini hüdrogeenimine. . Elektronkiirkeevitusel ja laserkeevitamisel on ka keevisõmbluses suurem poorsus, mis on tingitud nende kahe meetodi väiksemast keevitussoojuse sisendist, sulabasseini kiiremast jahutuskiirusest ning sulabasseinis oleval vesinikul pole aega välja pääseda.
(2) Ennetavad meetmed Keevituseelne töötlemine: kombineerige mehaaniline puhastus ja keemiline puhastus, et võimalikult palju eemaldada mitteväärismetalli ja keevistraadi pinnalt oksiidkile ja õliplekid; kasutada kuivatusmeetodeid, et võimalikult palju eemaldada mitteväärismetalli ja keevistraadi pinnalt niiskus; püüdke vältida keskkonnas keevitamist.
Keevitusparameetrite optimeerimine: keevitusparameetrid võivad mõjutada gaasi väljapääsu ja sulamistingimusi sulabasseinis. Kui väljumistingimused on sulamistingimustest soodsamad, on võimalik poorsust vähendada. Joonisel 2 on näidatud seos LF6 alumiinium-magneesiumisulami poorsuse tendentsi ja keevitusparameetrite vahel [3]. Suurem keevitusvool ja keevituskiirus soodustavad poorsuse vähenemist.
Kaitsekeskkonnal on sobivad oksüdatiivsed omadused: vesiniku lahustumise ärahoidmise seisukohast võib vähese CO2 või O2 lisamine keevituskaitseks kasutatavale inertgaasile, nagu Ar ja He, aidata poorsust vähendada.
3.2 Termilised praod
(1) Tekkepõhjused Kõige levinumad termilised praod on tardumispraod ja veeldumispraod. Tahkumispraod on praod, mis tekivad keevismetalli vahele jäänud vedela kile eraldumisest, kui tahkestumise temperatuur langeb tahkestusjoone lähedale. Veeldamispragu seisneb selles, et kristallidevaheline faas sulab pilulähedase ala ülekuumenemisel vedelaks faasiks ning vedel kile eraldub ja praguneb. Näiteks joonisel 3 on kujutatud erinevatele keevituskiirustele vastavate keevisõmbluse tahkumispragude olekut magneesiumisulami ZK60 laserkeevitamisel [4].
Keevitusprotsessi ajal reageerib peamine legeerelement magneesium kergesti selliste mikroelementidega nagu alumiinium, vask, nikkel jne, moodustades madala sulamistemperatuuriga eutektilise ühendi. Tahkumisel jaotatakse rabedas temperatuurivahemikus need tahkumata eutektikad terade vahel vedela kile kujul, mis vähendab oluliselt teradevahelist sidumisjõudu. Magneesiumisulamil on suur soojuspaisumise koefitsient, mis põhjustab keevitamise ajal suuri termilisi deformatsioone ja tahkestumise ajal on suur kokkutõmbumispinge. Teradevahelisel vedelkilel on raske sellele kokkutõmbumispingele vastu seista ning seda on lihtne praguneda ja tahkestuspragusid moodustada. Samamoodi on magneesiumisulami soojusjuhtivus ja deformatsioonikiirus suhteliselt suured ning keevitussoojustsükkel sulatab kiiresti õmbluse lähedal oleva teradevahelise faasi ning tera piiri mehaanilised omadused vähenevad, mida on lihtne alla murda. stress.
(2) Ennetavad meetmed Reguleerige elementide sisaldust mitteväärismetallis ja keevistraadis: piirake kergesti eralduvate elementide ja kahjulike lisandite sisaldust mitteväärismetallis ja keevistraadis ning minimeerige makroeraldamine ja madala sulamistemperatuuriga teine faas. keevisõmbluses.
Keevitusparameetrite optimeerimine: valides mõistliku keevituskiiruse, on joonisel 4 näha seost sulavanni kuju ja keevituskiiruse vahel [3]. Madala kiirusega keevitamisel on sulabassein elliptiline ja sammaskristallid kasvavad keevisõmbluse keskele kalasabakujuliselt, millest ei ole kerge moodustada eraldatud nõrku pindu ja termiliste pragude kalduvus on väike; kuid suurel kiirusel keevitamisel on sulavann pisarakujuline ja sambakujulised kristallid on sarnased. See kasvab keevisõmbluse telje suhtes vertikaalselt ja kohtumispinnale on lihtne moodustada segregatsiooni nõrk pind ja kalduvus termiline pragunemine on suur. Samuti on võimalik täpsustada tera suurust ja vähendada teradevahelist faasi suurust, vähendades sobivalt keevitussoojuse sisendit ning aeglustada keevisõmbluse tahkumist ja kokkutõmbumist, vähendades jahutuskiirust, mis kõik võib vähendada termilised praod.
Mõistlik ohjeldamine: ohjeldades piiramist, vähendatakse liigese koormust nii palju kui võimalik. Näiteks sobiva keevitusjärjestuse valimine. Ebaõige keevitusjärjestuse korral võivad viimased keevisõmblused olla väga vaoshoitud, vabalt kokkutõmbumine on raske, pinge hulk suureneb oluliselt ja tekivad praod.
3.3 Deformatsioon
(1) Moodustumise põhjused Magneesiumisulamitel on kõrge soojusjuhtivus ja suur soojuspaisumise koefitsient, nii et keevisõmbluse jahutuskiirus on kiire ning õmbluse lähiala ja mitteväärismetall deformeeruvad kergesti kokkutõmbumispinge tõttu ning lõplik kuju ja suuruse muutus. Näiteks joonisel 5 on näha, et alumiinium-magneesiumisulam on nõgusa deformatsiooniga, kuna düüsi lõikeõmblus on liiga lähedal silindri ümbermõõtkeevistusele [5].
(2) Ennetavad meetmed Keevisõmbluse struktuuri optimeerimine: ratsionaalselt korraldage keevisõmbluste asukoht, tagage, et igal keevisõmblusel oleks piisavalt ruumi soojuse hajutamiseks, ja vältige keevisõmbluste liigset kontsentratsiooni piirkonnas; valida sobiv keevisõmbluste kuju ja suurus [6].
Suurendage jäikust ja fikseerimist: Magneesiumisulamist plaatide keevitamisel kasutage magneesiumisulamist plaatide töölauale kinnitamiseks spetsiaalseid kinnitusvahendeid, tugivardaid ja muid seadmeid. Pärast keevitamise järgset jahutamist toatemperatuurini kasutatakse haamrimeetodit, et vabastada osa keevituspingest ja seejärel eemaldatakse jäik kinnitus.
Eelsoojendus enne keevitamist: eelkuumutamine enne keevitamist tõstab mitteväärismetalli temperatuuri, et tagada keevitamise ajal keevismetalli ja ümbritseva mitteväärismetalli temperatuuride erinevuse vähenemine, vähendades seeläbi keevitamise kokkutõmbumise sisemist pinget.
Valige mõistlik keevitusjärjestus: jagage komponent sobivalt mitmeks väikeseks osaks, keevitage iga väike üksus eraldi ja seejärel keevitage väikesed sõlmed tervikuna, et asümmeetrilised või suure kokkutõmbumisega keevisõmblused saaksid kokkutõmbumiseta vabamalt kokku tõmbuda. mõjutavad kogu struktuuri [7].
Deformatsioonivastane kontroll: hinnake keevitusdeformatsiooni suurust ja suunda ning seejärel seadke keevitusmontaaži ajal kunstlikud deformatsioonid vastassuundades ja võrdsetes suurustes, nii et keevitamisel tekkivat deformatsiooni saaks eelseadistatud deformatsioonivastane toime kompenseerida.
3.4 Muud defektid
(1) Avad Hõõrdkeevitusliidete keevisõmblustesse tekivad sageli augud. Näiteks joonisel 6 on kujutatud AZ31 magneesiumisulami [8] hõõrdkeevitusõmbluse tühimik. Magneesiumisulamite keevitamisel, kui keevitussoojussisend on ebapiisav, on sadestunud metalli plastiline deformatsioon ebapiisav, materjali voolavus on halb ja keevisõmbluse sisemus ei ole täielikult suletud, moodustades auke; kui keevitussoojussisend on liiga suur, tekib segamispea. Esiküljel olev keevismaterjal paisub ja voolab üle ning tagasitäide on ebapiisav, moodustades auke; ilma keermeta sambakujulise või koonilise segamispea kasutamisel on materjali plastiline deformatsioon keevisõmbluse piirkonnas ebapiisav ja augud tekivad kergesti. Aukude defektide tekkimist saab vältida, kui reguleerida mõistlikult keevituskiirust ja segamispea pöörlemiskiirust, et reguleerida keevitussoojuse sisendit, või valida segamispea sobiv geomeetria.
pilt
Joon.6 AZ31 magneesiumisulami hõõrdkeevisliite pooride defekt (AS on esikülg, RS on tagumine külg)[8]
(2) Läbipõlemine Läbipõlemine toimub sageli sulakeevitusühenduse keevisõmbluses. Magneesiumoksiidi kõrge sulamistemperatuuri ja magneesiumisulami madala sulamistemperatuuri tõttu on neid kahte raske kokku liita. Magneesiumisulamist lehe keevitamisel on keevisõmbluse sulamist raske jälgida. Kui soojuse sisend suureneb ebamõistliku vahemikuni, siis sulabasseini värvus oluliselt ei muutu, kuid sulamati all olev sulamata metall ei suuda vastupanu sellele saadavale pingele ja sel ajal toimub läbipõlemine. Puhastage magneesiumisulami pind enne keevitamist korralikult ja keevitage võimalikult kiiresti pärast puhastamist, et vältida läbipõlemisdefektide tekkimist. Lisaks saab läbipõlemist vältida ka keevitusparameetrite optimeerimisega, et piirata läbitungimissügavust.
4 Magneesiumisulamite keevitusdefektide tüüpiline analüüs
6 mm paksune GW63K magneesiumisulam keevitati vastavalt laserkeevituse ja elektronkiirkeevitusega ning keevisõmbluse makroskoopiline välimus on näidatud vastavalt joonistel 7 ja 8. Kahte tüüpi liitkeevitusõmblustel on ilmsed vead, nagu pritsmed ja läbilõige, mis on põhjustatud magneesiumisulami madalast sulamistemperatuurist, suurest soojuspaisumise koefitsiendist ja suurest keevitussoojussisendist. Järgnevaid meetodeid saab kasutada keevitussoojuse vähendamiseks. Protsessi optimeerimine.
pilt
Joonis 7 GW63K magneesiumisulami laserkeevitatud õmbluse makroskoopiline morfoloogia
pilt
Joonis 8 Magneesiumisulami GW63K elektronkiirega keevitatud õmbluse makroskoopiline morfoloogia
