Selvom aluminium og dets legeringer er blevet brugt til at svejse ind i mange vigtige produkter, er selve svejseproduktionen ikke uden vanskeligheder. De vigtigste problemer er: porer i svejsningen, svejsning af varme revner og "lige styrke" af samlinger. På grund af den stærke kemiske aktivitet af aluminium og dets legeringer er det let at danne en oxidfilm på overfladen, og de fleste af dem har ildfaste egenskaber (for eksempel er smeltepunktet for Al2O3 2050 grader og smeltepunktet for MgO er 2500 grader). Derudover har aluminium og dets legeringer stærk varmeledningsevne. Det er let at forårsage et ikke-smeltefænomen under svejsning. Da tætheden af oxidfilmen er meget tæt på aluminiums, er det også let at blive indeslutninger i svejsemetallet. Samtidig kan oxidfilmen (især oxidfilmen med tilstedeværelse af MgO, som ikke er særlig tæt) absorbere mere fugt og ofte blive en af de vigtige årsager til svejseporer.
Derudover har aluminium og dets legeringer en stor lineær ekspansionskoefficient og stærk varmeledningsevne og er tilbøjelige til at vride deformation under svejsning. Det er også ret vanskelige problemer i svejseproduktionen. I det følgende udføres en dybdegående analyse af de relativt alvorlige revner, der opstår under testen.
1. Revner og deres egenskaber i svejsede samlinger af aluminiumslegering
I processen med aluminiumslegeringssvejsning kan der på grund af materialernes forskellige typer, egenskaber og svejsestrukturer opstå forskellige revner i de svejste samlinger, og formen og fordelingen af revnerne er meget komplekse. I henhold til deres genererede dele kan de opdeles i følgende to typer revner:
(1) Revner i svejsemetal: langsgående revner, tværrevner, kraterrevner, hår- eller buerevner, rodrevner og mikrorevner (især ved flerlagssvejsning).
(2) Revner i den varmepåvirkede zone: svejsetårevner, laminære revner og mikroskopiske termiske revner nær fusionslinjen. I henhold til temperaturområdet for crackgenerering er det opdelt i varm crack og kold crack. Varm revne dannes ved høj temperatur under svejsning, hvilket hovedsageligt er forårsaget af adskillelse af legeringselementer på korngrænsen eller eksistensen af stoffer med lavt smeltepunkt.
Afhængigt af materialet i det metal, der skal svejses, er formen, temperaturområdet og hovedårsagerne til forekomsten af varme revner også forskellige. Varme revner kan opdeles i tre kategorier: Krystallisationsrevner, flydende revner og polygonale revner. Krystallisationsrevner produceres hovedsageligt i varme revner. Under krystallisationsprocessen af svejsningen, nær solidus-linjen, på grund af krympningen af det størknede metal, kan det resterende flydende metal ikke fyldes i tide.
Intergranulær revnedannelse opstår under påvirkning af størkningskrympningsspænding eller ekstern kraft, som hovedsageligt forekommer i kulstofstål, lavlegerede stålsvejsninger og nogle aluminiumslegeringer med flere urenheder; fortætningsrevner opvarmes i den varmepåvirkede zone til Fremstillet under påvirkning af svindspænding under højtemperatur korngrænsestørkning.
Under testen viste det sig, at når overfladen af fyldmaterialet ikke var tilstrækkeligt renset, var der stadig mange indeslutninger og en lille mængde porer i svejsningen efter svejsning. I de tre sæt af test, da svejsefyldmaterialet er en støbt struktur, og indeslutningerne er stoffer med højt smeltepunkt, vil det stadig eksistere i svejsningen efter svejsning;
Derudover er støbestrukturen relativt sparsom, og der er mange huller, som er nemme at absorbere komponenterne, der indeholder krystalvand og oliekvalitet, som bliver de faktorer, der danner porer under svejseprocessen. Når svejsningen er under trækspænding, bliver disse indeslutninger og porer ofte de vigtigste steder for fremkaldelse af mikrorevner.
Yderligere observation ved mikroskopi afslørede, at der var en klar tendens til, at disse indeslutninger og pore-inducerede mikrorevner krydsede hinanden. Det er dog stadig vanskeligt at bedømme, om den skadelige effekt af indeslutningerne hovedsageligt manifesterer sig som en spændingskoncentrationskilde til at fremkalde revner, eller den hovedsageligt manifesterer sig som en sprød fase til at fremkalde revner.
Derudover antages det generelt, at porer i aluminium-magnesiumlegeringssvejsninger ikke har en væsentlig indflydelse på svejsemetallets trækstyrke. fænomen med revner.
Hvorvidt fænomenet med porøsitetsinducerede mikrorevner kun er et sekundært fænomen eller en af hovedfaktorerne, der forårsager et væsentligt fald i svejsningers trækstyrke, skal endnu undersøges nærmere.
2. Processen med generering af varme revner
På nuværende tidspunkt anses Prokhorovs teori for at være mere komplet i ind- og udland om teorien om svejsning af varme revner. Generelt mener teorien, at forekomsten af krystallinske revner hovedsageligt afhænger af følgende tre aspekter: størrelsen af det skøre temperaturområde; duktiliteten af legeringen i dette temperaturområde og metallets deformationshastighed i det skøre temperaturområde.
Normalt kalder folk størrelsen af det skøre temperaturområde og duktilitetsværdien i dette temperaturområde som den metallurgiske faktor, der producerer varme svejserevner, og deformationshastigheden af metallet i det skøre temperaturområde kaldes den mekaniske faktor.
Svejseprocessen er syntesen af en række ubalancerede procesprocesser. Denne funktion er i det væsentlige relateret til de metallurgiske og mekaniske faktorer af metalbruddet i den svejste samling. For eksempel er produkterne fra svejseprocessen og den metallurgiske proces fysiske og kemiske. og strukturel inhomogenitet, slagger og indeslutninger, gaselementer og ledige pladser i overmættede koncentrationer mv.
Alle disse er metallurgiske faktorer, der er tæt forbundet med initiering og udvikling af revner. Ud fra et perspektiv af mekaniske faktorer vil den specifikke temperaturgradient og afkølingshastighed af den termiske svejsecyklus under visse fastholdelsesforhold gøre svejsningen i en kompleks spændings-belastningstilstand, hvilket giver nødvendige betingelser for initiering og udvikling af revner.
I svejseprocessen vil den kombinerede effekt af metallurgiske faktorer og mekaniske faktorer tilskrives to aspekter, det vil sige om man skal styrke metalforbindelsen eller svække metalforbindelsen. Hvis der etableres en styrkeforbindelse i metallet i den svejsede samling under afkøling, kan den belastes eftergivende under visse stive fastholdelsesforhold, og når svejsningen og metallet i nærheden af svejsningen kan modstå påvirkningen af den påførte fastholdelsesspænding og den iboende restspænding, er revner ikke lette at opstå. , metalrevnemodtageligheden af svejsede samlinger er lav,Omvendt, når spændingen ikke kan tolereres, bliver styrkeforbindelsen i metallet let afbrudt, og der vil opstå revner. I dette tilfælde er revnemodtageligheden af det svejste fugemetal høj. Svejsefugemetallet starter fra temperaturen for krystallisation og størkning og afkøles til stuetemperatur med en vis hastighed, og dets revnefølsomhed bestemmes af sammenligningen af deformationskapacitet og påført belastning og sammenligningen af deformationsmodstand og påført spænding.
Men under afkølingsprocessen, ved forskellige temperaturstadier, på grund af den forskellige vækst af intergranulær styrke og kornstyrke, fordelingen af deformation mellem korn og inden for korn, er diffusionsadfærden induceret af belastning forskellig, og spændingskoncentrationen er anderledes. Betingelserne og faktorerne, der forårsager metalskørhed, er forskellige, de specifikke svage led i den svejste samling og faktorerne og graderne af dens svækkelse er også forskellige.
De metallurgiske faktorer og mekaniske faktorer, der forårsager revner i det svejsede metal, er tæt forbundet. Spændingsgradienten i de mekaniske faktorer er relateret til temperaturgradienten bestemt af de termiske cykluskarakteristika, og sidstnævnte er tæt forbundet med metallets termiske ledningsevne, såsom den termoplastiske ændring af metallet. Metallurgiske faktorer såsom karakteristika, termisk ekspansion og mikrostrukturtransformation spiller i vid udstrækning en vigtig rolle i spændings-belastningstilstanden af det svejste metal.
Når temperaturen falder, og kølehastigheden ændres, ændres de metallurgiske og mekaniske faktorer også, og styrken af det svejste fugemetal er forskellig i forskellige temperaturområder. Hvis f.eks. krystallisationstemperaturområdet er stort, er den faste faselinjetemperatur lav, og det er mere sandsynligt, at den forårsager spændingskoncentration ved det lavtsmeltende flydende metal, der er tilbage mellem kornene, hvilket resulterer i revner i fastfasemetallet;
Tilsvarende, når temperaturen falder, hvis krympningsmængden er stor, især under betingelse af hurtig afkøling, når krympningstøjningshastigheden er høj og stress-tøjningstilstanden er mere alvorlig, er revner og så videre tilbøjelige til at forekomme.
I det senere trin af størkningen og krystallisationen af svejsemetallet under svejsning af aluminiumslegeringer, presses det lavtsmeltende eutektikum ud i midten, hvor krystallerne mødes, og danner en såkaldt "flydende film". Når den frie krympning frembringer en stor trækspænding, danner væskefilmen et relativt svagt led på dette tidspunkt, og under påvirkning af trækspændingen kan den revne i det svage område og danne en revne.
3. Mekanismen for generering af varme revner
For at studere det mest sandsynlige tidspunkt for varme revner, når aluminiumslegeringer svejses, er krystallisationen af svejsebassinet under aluminiumslegeringssvejsning opdelt i tre trin.
Det første trin er det væske-faste trin. Når svejsebassinet begynder at krystallisere fra højtemperaturafkøling, eksisterer der kun et lille antal krystalkerner. Med faldet i temperaturen og forlængelsen af afkølingstiden vokser krystalkernen gradvist op, og ny krystalkerne opstår, men i denne proces optager væskefasen altid en stor mængde, og der er ingen kontakt mellem tilstødende krystalkorn. Det frie flow af den ikke-størknede flydende aluminiumslegering udgør ikke en hindring.
I dette tilfælde, selvom der er trækspænding, kan det åbnede mellemrum udfyldes i tide af det flydende flydende metal af aluminiumslegering, så muligheden for revner i væske-fast fase er meget lille.
Det andet trin er fast-væske-stadiet. Når krystallisationen af det smeltede svejsebad fortsætter, fortsætter den faste fase i smeltebadet med at stige, og de tidligere krystalliserede kerner fortsætter med at vokse. Når temperaturen falder til en vis værdi, bliver det størknede aluminiumlegeringsmetal Krystallerne i kontakt med hinanden og rulles kontinuerligt sammen. På dette tidspunkt er strømmen af den flydende aluminiumslegering hindret, det vil sige, at krystallisationen af den smeltede pool er gået ind i fast-væske-stadiet.
I dette tilfælde, på grund af manglen på flydende aluminiumlegeringsmetal, kan deformationen af selve krystallen udvikles kraftigt, den flydende fase, der er tilbage mellem krystallerne, er ikke let at flyde, og de små huller, der genereres under påvirkning af trækspænding, kan ikke udfyldes, så længe der er en let Tilstedeværelsen af trækspænding har potentiale til at generere revner. Derfor kaldes dette stadie den "skøre temperaturzone".
Det tredje trin er det fuldstændige størkningstrin. Svejsningen, der dannes, efter at det smeltede poolmetal er fuldstændigt størknet, vil vise god styrke og plasticitet, når det udsættes for trækspænding. Muligheden for revner i denne fase er relativt lille. .
Derfor, når temperaturen er højere eller lavere end den skøre temperaturzone mellem ab, har svejsemetallet en større evne til at modstå krystallisationsrevner og en mindre revnetendens. Generelt gælder det for metaller med færre urenheder (herunder uædle metaller og svejsematerialer) på grund af det snævre skøre temperaturområde, at trækspændingen virker i dette område i kort tid, således at den samlede belastning af svejsningen er relativt lille.
Derfor er tendensen til revner, der genereres under svejsning, mindre. Hvis der er flere urenheder i svejsningen, er det skøre temperaturområde bredere, trækspændingen i dette område er længere, og tendensen til at revne er større.
4. Forebyggende foranstaltninger for svejserevner af aluminiumslegering
Ifølge mekanismen for varme revner under svejsning af aluminiumlegeringer kan der foretages forbedringer fra to aspekter af metallurgiske faktorer og procesfaktorer for at reducere sandsynligheden for varme revner i aluminiumslegeringssvejsning.
Med hensyn til metallurgiske faktorer, for at forhindre intergranulære termiske revner under svejsning, er det hovedsageligt ved at justere svejsesømmetalsystemet eller tilføje en modifikator til fyldmetallet. Fokus for justering af svejsesutursystemet, ud fra et revnemodstandsperspektiv, er at kontrollere en passende mængde smeltbart eutektikum og indsnævre krystallisationstemperaturområdet.
Da aluminiumlegeringer er typiske eutektiske legeringer, svarer den maksimale revnetendens til legeringens "maksimale" størkningstemperaturområde, og tilstedeværelsen af en lille mængde eutektikum øger altid størkningsrevnetendensen. Grundstofindholdet overstiger legeringssammensætningen, hvor revnetendensen er størst, så der kan opstå en "helende" effekt.
Som modifikatorer blev sporelementer som Ti, Zr, V og B tilsat til fyldmetallet i et forsøg på at forbedre plasticiteten og sejheden ved at raffinere kornene og for at forhindre varme svejsningsrevner. og opnåede resultater. Figur 3 viser revnemodstandstestresultaterne for Al-4.5%Mg svejsetråd med modificeringsmiddel tilføjet under betingelsen af en stiv overlapningssvejsning.
Zr tilføjet i testen var {{0}},15 %, og Ti+B var 0,1 %. Det kan ses, at tilsætning af Ti og B på samme tid kan forbedre revnemodstanden betydeligt. Det fælles træk ved grundstoffer som Ti, Zr, V, B og Ta er, at de kan danne en række peritetiske reaktioner med aluminium til dannelse af ildfaste metalforbindelser (Al3Ti, Al3Zr, Al7V, AlB2, Al3Ta osv.). Sådanne små ildfaste partikler kan blive til ikke-spontane størkningskerner, når det flydende metal størkner, og derved frembringe effekten af kornforfining.
Med hensyn til procesfaktorer, hovedsageligt svejsespecifikationer, forvarmning, fugeform og svejsesekvens, er disse metoder alle baseret på svejsespænding for at løse svejserevner. Svejseprocesparametrene påvirker ubalancen i størkningsprocessen og mikrostrukturtilstanden af størkningsprocessen og påvirker også spændingsvæksthastigheden under størkningsprocessen, hvilket påvirker dannelsen af revner.
Svejsemetoden med koncentreret varmeenergi er befordrende for den hurtige svejseproces, som kan forhindre dannelsen af grove søjleformede krystaller med stærk retningsbestemthed og derved forbedre modstanden mod revner. Brug af en lille svejsestrøm og nedsættelse af svejsehastigheden kan reducere overophedningen af det smeltede bassin og forbedre modstanden mod revner.
Forøgelsen af svejsehastigheden fremmer forøgelsen af spændingshastigheden af den svejste samling, hvilket øger tendensen til varme revner. Det kan ses, at en forøgelse af svejsehastigheden og svejsestrømmen fremmer stigningen af revne-tendensen. Under montering og svejsning af aluminiumsstrukturen udsættes svejsesømmen ikke for stor stivhed, og foranstaltninger som segmenteret svejsning, forvarmning eller passende reduktion af svejsehastigheden kan vedtages i processen.
Gennem forvarmning kan den relative udvidelse af prøveemnet gøres mindre, svejsespændingen kan reduceres tilsvarende, og spændingen i det skøre temperaturområde kan reduceres; prøv at bruge stødsvejsning med åbne riller og små mellemrum, og undgå brugen af korsformede samlinger og forkert placering og svejsesekvens; når svejsningen afsluttes eller afbrydes, skal buekrateret fyldes i tide, og derefter skal varmekilden fjernes, ellers vil det let give buekraterrevner. For de svejsede samlinger af 5000-seriens legeringsflerlagssvejsning genereres mikrorevner ofte på grund af lokal smeltning af det intergranulære, så varmetilførslen af det næste lag svejsestreng skal kontrolleres.
Ifølge testen i dette papir, til svejsning af aluminiumslegering, er overfladerensningen af basismetallet og fyldmaterialet også meget vigtig. Inkludering af materiale i svejsningen vil blive kilden til revner og hovedårsagen til faldet i svejseydelsen.
