1 mukadimah
Aloi magnesium bukan sahaja ringan, berkekuatan tinggi, dan harga rendah, tetapi juga mempunyai redaman getaran yang baik, kebolehtuangan, kekonduksian elektrik, perisai elektromagnet, dan pelesapan haba, dan telah menjadi bahan logam pilihan untuk banyak produk perindustrian. Pada masa ini, aloi magnesium digunakan secara meluas dalam komponen dengan kapasiti galas yang kecil seperti rangka kokpit, kurungan peralatan, dan hab roda dalam industri penerbangan [1].
Dengan transformasi dan menaik taraf peralatan pembuatan berskala besar moden, permintaan untuk bahagian struktur aloi magnesium ringan telah menjadi sangat mendesak. Walau bagaimanapun, terdapat banyak kecacatan dalam kimpalan aloi magnesium, dan sukar untuk mendapatkan sambungan dikimpal dengan kualiti pembentukan tinggi dan prestasi komprehensif yang tinggi. Kertas kerja ini menganalisis punca kecacatan kimpalan aloi magnesium dan mencadangkan langkah pencegahan, yang boleh membantu mempopularkan dan penggunaan bahan aloi magnesium, dan mempunyai kepentingan praktikal untuk bidang peralatan pembuatan.
2 Proses mengimpal aloi magnesium
Proses kimpalan biasa untuk aloi magnesium termasuk kimpalan gabungan dan kimpalan fasa pepejal. Kimpalan gabungan terutamanya termasuk kimpalan arka argon tungsten, kimpalan argon argon logam, kimpalan rasuk elektron, kimpalan laser dan kaedah lain, dan kimpalan fasa pepejal terutamanya kimpalan kacau geseran. Antaranya, kimpalan kacau geseran telah menjadi kaedah kimpalan pilihan kerana kelebihan kerja penyediaan pra-kimpalan yang kurang, tidak memerlukan gas pelindung dan bahan kimpalan, kimpalan semua kedudukan, sifat mekanikal kimpalan yang baik, dan tegasan pasca-kimpalan yang kecil. ubah bentuk. Walau bagaimanapun, kimpalan kacau geseran mempunyai kelemahan bahawa kimpalan mesti dipasang dengan tegar, kelajuan kimpalan rendah, kepala kacau haus dengan cepat, dan lubang kunci mudah dibentuk pada penghujung kimpalan, yang menjadikan kimpalan gabungan kaedah kimpalan biasa. .
3 Analisis kecacatan kimpalan aloi magnesium
Aloi magnesium mempunyai kelemahan seperti penyejatan mudah, pengoksidaan mudah, nitriding mudah, dan tegasan haba yang besar, dan sering menunjukkan pelbagai kecacatan kimpalan semasa kimpalan. Punca dan langkah pencegahan kecacatan biasa seperti liang, retak haba, dan ubah bentuk diselesaikan.
3.1 Stomata
(1) Punca pembentukan Liang sering muncul dalam kimpalan sambungan kimpalan gabungan. Sebagai contoh, Rajah 1 menunjukkan morfologi liang jahitan kimpalan sambungan kimpalan arka tungsten die-casting biasa AZ91D aloi magnesium argon tungsten. Terdapat dua jenis liang mikroskopik yang didominasi oleh gas hidrogen dan liang makroskopik terjerat yang didominasi oleh nitrogen [2].
Pembentukan liang terutamanya disebabkan oleh dua sebab: satu ialah gas tidak larut yang dijana oleh tindak balas metalurgi dalam kolam kimpalan berkumpul di antara hablur dendrit yang dipadatkan dan tidak mudah dilepaskan untuk membentuk liang; yang lain adalah kerana kolam kimpalan menyerap dan melarutkan beberapa Dalam peringkat pemejalan, keterlarutan gas berkurangan dengan cepat dengan penurunan mendadak suhu kolam lebur, dan gas mudah berkumpul di hadapan dendrit yang semakin meningkat, membentuk liang di sepanjang lapisan kristal.
Semasa kimpalan gabungan aloi magnesium, liang terutamanya berasal daripada hidrogen terlarut, manakala hidrogen dalam kolam lebur terutamanya berasal dari kelembapan di sekeliling logam asas, dawai kimpalan atau suasana tiang arka. Aloi magnesium mempunyai kekonduksian terma yang kuat, dan kelajuan pemejalan kolam lebur sangat cepat, menyebabkan hidrogen terlepas dan membentuk liang. Pada masa yang sama, filem MgO mudah dibentuk pada permukaan aloi magnesium. Lebih banyak kandungan Mg membawa kepada lebih banyak MgO, MgO lebih longgar daripada Al2O3 dan oksida lain, dan lebih mudah untuk menyerap air dan membentuk liang.
Pada masa ini, keliangan kimpalan terlindung gas lengai cair (MIG) adalah yang tertinggi. Ini kerana kimpalan MIG bergantung pada peleburan berterusan wayar kimpalan, dan filem oksida dalam wayar kimpalan akan melarutkan air yang melekat dengan kuat ke dalam titisan, mengakibatkan penghidrogenan kolam lebur. . Kimpalan rasuk elektron dan kimpalan laser juga mempunyai lebih banyak keliangan dalam kimpalan, yang disebabkan oleh input haba kimpalan yang kurang bagi kedua-dua kaedah ini, kadar penyejukan kolam lebur yang lebih cepat, dan hidrogen dalam kolam lebur tidak mempunyai masa untuk melarikan diri.
(2) Langkah-langkah pencegahan Rawatan pra-kimpalan: menggabungkan pembersihan mekanikal dan pembersihan kimia untuk mengeluarkan filem oksida dan kesan minyak pada permukaan logam asas dan wayar kimpalan sebanyak mungkin; gunakan kaedah pengeringan untuk mengeluarkan kelembapan pada permukaan logam asas dan wayar kimpalan sebanyak mungkin; cuba elakkan Kimpalan dalam persekitaran.
Mengoptimumkan parameter kimpalan: Parameter kimpalan boleh menjejaskan keadaan gas yang keluar dan cair dalam kolam lebur. Apabila keadaan melarikan diri lebih baik daripada keadaan lebur, adalah mungkin untuk mengurangkan keliangan. Rajah 2 menunjukkan hubungan antara kecenderungan keliangan aloi aluminium-magnesium LF6 dan parameter kimpalan [3]. Arus kimpalan yang lebih besar dan kelajuan kimpalan adalah kondusif untuk pengurangan keliangan.
Atmosfera pelindung mempunyai sifat oksidatif yang sesuai: Dari perspektif mencegah pembubaran hidrogen, menambah sedikit CO2 atau O2 kepada gas lengai yang digunakan untuk perlindungan kimpalan seperti Ar dan He boleh membantu mengurangkan keliangan.
3.2 Keretakan haba
(1) Punca pembentukan Keretakan terma yang paling biasa ialah retakan pemejalan dan retak pencairan. Retakan pemejalan adalah retak yang disebabkan oleh pemisahan filem cecair yang tinggal di antara logam kimpalan apabila suhu pemejalan jatuh berhampiran garisan pepejal. Retak pencairan ialah fasa antara kristal cair ke dalam fasa cecair apabila kawasan yang hampir celah terlalu panas, dan filem cecair itu terpisah dan retak. Sebagai contoh, Rajah 3 menunjukkan keadaan retakan pemejalan dalam kimpalan yang sepadan dengan kelajuan kimpalan yang berbeza semasa kimpalan laser aloi magnesium ZK60 [4].
Semasa proses kimpalan, unsur pengaloian utama magnesium mudah bertindak balas dengan unsur surih seperti aluminium, kuprum, nikel, dan lain-lain untuk membentuk sebatian eutektik takat lebur yang rendah. Semasa pemejalan, dalam julat suhu rapuh, eutektik tidak terpejal ini akan diedarkan di antara butiran dalam bentuk filem cecair, yang secara serius mengurangkan daya ikatan antara butiran. Aloi magnesium mempunyai pekali pengembangan haba yang besar, yang menyebabkan ubah bentuk haba yang besar semasa kimpalan, dan akan tertakluk kepada tegasan pengecutan yang besar semasa pemejalan. Filem cecair intergranular sukar untuk menahan tekanan pengecutan ini, dan ia mudah untuk retak dan membentuk retakan pemejalan. Dengan cara yang sama, kekonduksian terma dan kadar terikan aloi magnesium agak besar, dan kitaran haba kimpalan akan cepat mencairkan fasa intergranular berhampiran jahitan, dan sifat mekanikal sempadan bijian akan berkurangan, yang mudah retak di bawah. tekanan.
(2) Langkah pencegahan Laraskan kandungan unsur dalam logam asas dan dawai kimpalan: hadkan kandungan unsur yang mudah diasingkan dan kekotoran berbahaya dalam logam asas dan dawai kimpalan, dan meminimumkan pengasingan makro dan fasa kedua lebur rendah yang berlaku. dalam kimpalan.
Mengoptimumkan parameter kimpalan: dengan memilih kelajuan kimpalan yang munasabah, Rajah 4 menunjukkan hubungan antara bentuk kolam lebur dan kelajuan kimpalan [3]. Apabila mengimpal pada kelajuan rendah, kolam lebur adalah elips, dan kristal kolumnar tumbuh ke tengah-tengah kimpalan dalam corak herringbone, yang tidak mudah untuk membentuk permukaan lemah yang diasingkan, dan kecenderungan retak haba adalah kecil; tetapi apabila mengimpal pada kelajuan tinggi, kolam lebur berbentuk titisan air mata, dan kristal kolumnar adalah serupa dengan Ia tumbuh secara menegak ke paksi kimpalan, dan ia mudah untuk membentuk permukaan lemah pengasingan pada permukaan pertemuan, dan kecenderungan keretakan haba adalah besar. Ia juga mungkin untuk memperhalusi saiz butiran dan mengurangkan saiz fasa antara butiran dengan mengurangkan input haba kimpalan dengan sewajarnya, dan memperlahankan terikan pemejalan dan pengecutan kimpalan dengan mengurangkan kadar penyejukan, yang kesemuanya boleh mengurangkan kejadian rekahan haba.
Kawalan sekatan yang munasabah: Dengan mengawal sekatan, ketegangan pada sendi dikurangkan sebanyak mungkin. Sebagai contoh, memilih urutan kimpalan yang sesuai. Apabila urutan kimpalan tidak betul, beberapa kimpalan terakhir mungkin berada dalam keadaan kekangan yang besar, sukar untuk mengecut secara bebas, jumlah terikan meningkat dengan ketara, dan retakan mudah berlaku.
3.3 Ubah bentuk
(1) Punca pembentukan Aloi magnesium mempunyai kekonduksian terma yang tinggi dan pekali pengembangan haba yang besar, jadi kadar penyejukan jahitan kimpalan adalah cepat, dan kawasan jahitan berhampiran dan logam asas mudah berubah bentuk oleh tegasan pengecutan, dan bentuk akhir dan perubahan saiz. Sebagai contoh, Rajah 5 menunjukkan bahawa aloi aluminium-magnesium mempunyai ubah bentuk cekung kerana kimpalan fillet muncung terlalu hampir dengan kimpalan lilitan silinder [5].
(2) Langkah-langkah pencegahan Optimumkan struktur kimpalan: susun secara rasional kedudukan kimpalan, pastikan setiap kimpalan mempunyai ruang pelesapan haba yang mencukupi, dan elakkan kepekatan kimpalan yang berlebihan di kawasan itu; pilih bentuk dan saiz kimpalan yang sesuai [6].
Tingkatkan ketegaran dan penetapan: Apabila mengimpal plat aloi magnesium, gunakan lekapan khas, rod sokongan dan peranti lain untuk membetulkan plat aloi magnesium pada meja kerja. Selepas menyejukkan ke suhu bilik selepas kimpalan, kaedah penukul digunakan untuk melepaskan sebahagian daripada tegasan kimpalan, dan kemudian penetapan tegar dikeluarkan.
Prapemanasan sebelum kimpalan: Prapemanasan sebelum kimpalan meningkatkan suhu logam asas untuk memastikan perbezaan suhu antara logam kimpalan dan logam asas di sekelilingnya semasa mengimpal dikurangkan, dengan itu mengurangkan tegasan dalaman pengecutan kimpalan.
Pilih urutan kimpalan yang munasabah: Bahagikan komponen kepada beberapa unit kecil dengan sewajarnya, kimpal setiap unit kecil secara berasingan, dan kemudian kimpal unit kecil secara keseluruhan, supaya kimpalan asimetri atau kimpalan dengan pengecutan besar boleh mengecut dengan lebih bebas tanpa pengecutan. mempengaruhi keseluruhan struktur [7].
Kawalan anti-ubah bentuk: Anggarkan saiz dan arah ubah bentuk kimpalan, dan kemudian tetapkan ubah bentuk buatan dengan arah yang bertentangan dan saiz yang sama semasa pemasangan kimpalan, supaya ubah bentuk yang dihasilkan oleh kimpalan boleh diimbangi oleh anti-ubah bentuk pratetap.
3.4 Kecacatan lain
(1) Lubang Lubang sering muncul dalam kimpalan geseran kacau sambungan dikimpal. Sebagai contoh, Rajah 6 menunjukkan kecacatan lompang pada jahitan kimpalan kacau geseran aloi magnesium AZ31 [8]. Apabila mengimpal aloi magnesium, apabila input haba kimpalan tidak mencukupi, ubah bentuk plastik logam termendap akan tidak mencukupi, kecairan bahan akan menjadi lemah, dan bahagian dalam kimpalan tidak akan ditutup sepenuhnya, membentuk lubang; apabila input haba kimpalan terlalu besar, kepala kacau akan disebabkan Bahan kimpalan di bahagian hadapan mengembang dan melimpah, dan timbunan semula tidak mencukupi, membentuk lubang; apabila kepala kacau kolumnar atau kon tanpa benang digunakan, ubah bentuk plastik bahan di kawasan kimpalan tidak mencukupi, dan lubang mudah dibentuk. Kejadian kecacatan lubang boleh dielakkan dengan mengawal secara munasabah kelajuan kimpalan dan kelajuan putaran kepala kacau untuk melaraskan input haba kimpalan, atau memilih geometri yang sesuai bagi kepala kacau.
gambar
Rajah.6 Kecacatan liang geseran kacau sambungan dikimpal aloi magnesium AZ31 (AS ialah bahagian hadapan, RS ialah bahagian belakang)[8]
(2) Burn-through Burn-through selalunya berlaku pada jahitan kimpalan sambungan kimpalan gabungan. Oleh kerana takat lebur magnesium oksida yang tinggi dan takat lebur aloi magnesium yang rendah, sukar untuk menggabungkan kedua-duanya apabila ia dicantumkan bersama. Apabila lembaran aloi magnesium dikimpal, sukar untuk melihat pencairan kimpalan. Sebaik sahaja input haba meningkat kepada julat yang tidak munasabah, warna kolam lebur tidak berubah dengan ketara, tetapi logam yang tidak cair di bawah kolam lebur tidak dapat menahan tekanan yang diterimanya, dan pembakaran melalui berlaku pada masa ini. Lakukan kerja yang baik untuk membersihkan permukaan aloi magnesium sebelum mengimpal, dan mengimpal secepat mungkin selepas pembersihan untuk mengelakkan berlakunya kecacatan terbakar. Di samping itu, dengan mengoptimumkan parameter kimpalan untuk mengehadkan kedalaman penembusan, pembakaran-laluan juga boleh dielakkan.
4 Analisis Kes Biasa Kecacatan Kimpalan dalam Aloi Magnesium
Aloi magnesium GW63K setebal 6mm telah dikimpal dengan kimpalan laser dan kimpalan rasuk elektron masing-masing, dan rupa makroskopik jahitan kimpalan ditunjukkan dalam Rajah 7 dan Rajah 8 masing-masing. Kedua-dua jenis jahitan kimpalan gabungan mempunyai kecacatan yang jelas seperti spatter dan undercut, yang disebabkan oleh takat lebur rendah aloi magnesium, pekali pengembangan haba yang besar, dan input haba kimpalan yang besar. Kaedah seterusnya boleh digunakan untuk mengurangkan input haba kimpalan. Pengoptimuman Proses.
gambar
Rajah.7 Morfologi makroskopik jahitan dikimpal laser aloi magnesium GW63K
gambar
Rajah.8 Morfologi makroskopik jahitan dikimpal rasuk elektron bagi aloi magnesium GW63K
