Sebagai bahan logam kejuruteraan yang telah meningkat pesat dalam beberapa tahun kebelakangan ini, aloi aluminium telah digunakan secara meluas dalam aeroangkasa, kereta, kapal dan bidang lain kerana ketumpatannya yang rendah, kekuatan spesifik yang tinggi dan kekakuan khusus, dan rintangan kakisan yang baik. .
Walau bagaimanapun, beberapa siri masalah seperti kebolehkimpalan yang lemah dan prestasi lapisan pembentukan yang lemah dalam kimpalan menyekat pembangunan bahagian struktur aloi aluminium. Oleh itu, teknologi kimpalan aloi aluminium telah menjadi salah satu hala tuju penyelidikan utama ramai sarjana di dalam dan luar negara.
Gambaran Keseluruhan Sifat Aloi Aluminium
1. Aluminium adalah bahan logam yang sangat ringan dengan ketumpatan hanya 2.7g/cm3, iaitu kira-kira 36 peratus daripada ketumpatan keluli. Penggunaan aloi aluminium untuk mengeluarkan bahagian mekanikal boleh mengurangkan berat badan dengan ketara dan mencapai kesan ringan, penjimatan tenaga dan pengurangan pelepasan.
2. Kekuatan khusus dan kekukuhan khusus aloi aluminium adalah lebih tinggi daripada 45 keluli dan plastik ABS. Penggunaan bahan aloi aluminium adalah kondusif untuk pembuatan komponen integral dengan keperluan ketegaran yang tinggi.
3. Aloi aluminium mempunyai kekonduksian haba yang sangat baik, kekonduksian elektrik dan rintangan kakisan. Parameter prestasi aloi aluminium A380 dan bahan lain ditunjukkan dalam Jadual 1.
4. Aloi aluminium mempunyai kebolehmesinan dan kebolehkitar semula yang baik. Jika pekali rintangan pemotongan bagi aloi magnesium yang paling boleh dimesin diandaikan sebagai 1, rintangan pemotongan logam lain ditunjukkan dalam Jadual 2. Dapat dilihat bahawa rintangan pemotongan aloi aluminium adalah lebih kecil daripada rintangan kuprum, besi dan lain-lain. bahan, dan proses pemotongan lebih mudah.
Ciri-ciri kimpalan aloi aluminium
Dijejaskan oleh sifat fizikal dan kimia aloi aluminium, terdapat kesukaran tertentu dalam proses kimpalan. Kimpalan aloi aluminium semasa terutamanya mempunyai masalah berikut: tegasan haba, penyejatan ablasi, kemasukan pepejal, keruntuhan liang, dll.:
Tekanan Terma
Aloi aluminium mempunyai pekali pengembangan haba yang lebih tinggi dan modulus keanjalan yang lebih rendah. Semasa proses kimpalan, disebabkan oleh ubah bentuk yang besar dan pekali pengembangan linear yang besar bagi aloi aluminium, kadar pengecutan isipadu semasa pemejalan adalah kira-kira 6 peratus, dan kadar penyejukan dan kadar penghabluran utama kolam lebur adalah pantas, mengakibatkan tegasan dalaman kimpalan dan ketegaran sambungan yang dikimpal. Jika ia besar, mudah untuk menjana tegasan dalaman yang besar dalam sambungan aloi aluminium, menyebabkan tegasan kimpalan dan ubah bentuk yang besar, dan membentuk kecacatan seperti retak dan ubah bentuk gelombang.
Penyejatan ablatif
Takat lebur aluminium ialah 660 darjah dan takat didih ialah 2647 darjah, iaitu lebih rendah daripada unsur logam lain seperti tembaga dan besi. Semasa proses kimpalan, jika suhu kimpalan terlalu tinggi, ia mudah meletup dan membentuk percikan, terutamanya dalam kimpalan rasuk bertenaga tinggi, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1. Di samping itu, beberapa unsur pengaloian yang ditambah kepada aloi aluminium mempunyai takat didih yang rendah, yang mudah untuk menguap dan terbakar pada suhu tinggi kimpalan serta-merta, dan percikan yang dihasilkan oleh letupan juga akan menghilangkan beberapa titisan, yang tidak dapat tidak mengubah kawasan jahitan kimpalan. Komposisi kimia tidak sesuai dengan peraturan prestasi sambungan dikimpal. Oleh itu, untuk mengimbangi ablasi suhu tinggi, wayar kimpalan atau bahan kimpalan lain dengan kandungan unsur takat didih yang lebih tinggi daripada logam asas sering digunakan semasa mengimpal.
Kemasukan pepejal
Sifat kimia aluminium sangat aktif dan mudah teroksida. Semasa proses kimpalan, permukaan aloi aluminium dioksidakan untuk membentuk Al2O3 dengan takat lebur yang tinggi (kira-kira 2050 darjah, manakala takat lebur aluminium ialah 660 darjah, yang sangat berbeza). Oksida adalah padat dan mempunyai kekerasan yang tinggi, dan ia bercampur dalam cecair aloi lebur dengan ketumpatan rendah di kawasan kolam lebur, yang mudah untuk membentuk kemasukan sanga pepejal kecil yang tidak mudah dilepaskan, yang bukan sahaja menjejaskan struktur mikro. kimpalan, tetapi juga terdedah kepada kakisan elektrokimia, yang akan menyebabkan Sifat mekanikal sendi dikimpal berkurangan, dan Al2O3 meliputi kolam lebur dan alur, yang serius menjejaskan kimpalan aloi dan mengurangkan struktur mikro dan sifat sambungan dikimpal.
Stoma runtuh
Takat lebur aloi aluminium jauh lebih rendah daripada oksidanya, dan ia sangat aktif dan mudah teroksida. Semasa proses kimpalan, aloi aluminium dicairkan pada suhu tinggi untuk membentuk kolam lebur. Aluminium pada permukaan kolam lebur dioksidakan untuk membentuk filem oksida, yang meliputi kolam lebur dalam bentuk pepejal. Oleh kerana warna filem oksida cair tidak jauh berbeza dengan keadaan cair aloi aluminium, dan kerana liputan filem oksida, sukar untuk melihat tahap lebur kolam lebur aloi aluminium semasa proses kimpalan. , jadi mudah menyebabkan suhu terlalu tinggi dan menyebabkan haba kimpalan. Runtuhan besar di kawasan itu memusnahkan bentuk dan sifat logam kimpalan.
Di bawah tindakan kuasa tinggi serta-merta sumber haba kimpalan, sejumlah besar hidrogen dibubarkan dalam cecair aloi. Selepas kimpalan selesai, apabila suhu kolam lebur berkurangan, keterlarutan gas secara beransur-ansur berkurangan, yang menjadi punca utama liang semasa proses kimpalan. sebab. Disebabkan oleh kadar pemejalan yang cepat dan ketumpatan rendah aloi aluminium, liang hidrogen dengan saiz yang berbeza terbentuk semasa pemejalan cepat kimpalan. Liang-liang ini akan terus terkumpul dan mengembang semasa proses kimpalan, akhirnya membentuk liang-liang yang kelihatan dan mengurangkan sifat-sifat struktur sendi. Sudah tentu, penjanaan liang tidak semestinya terbentuk semasa proses kimpalan. Disebabkan oleh pengaruh teknologi tuangan, logam asas itu sendiri juga akan menghasilkan liang-liang semasa proses tuangan. Semasa mengimpal, perubahan berterusan input haba dan tekanan dalaman menyebabkan liang asal dalam logam asas mengembang dengan haba atau bergabung antara satu sama lain untuk membentuk liang kimpalan. Dengan peningkatan input haba kimpalan, liang-liang juga akan meningkat. Oleh itu, untuk mengawal sumber hidrogen, bahan kimpalan perlu menjalani rawatan pengeringan yang ketat sebelum digunakan. Semasa mengimpal, arus perlu ditingkatkan dengan sewajarnya untuk memanjangkan masa kewujudan kolam lebur dan membenarkan masa yang mencukupi untuk hidrogen memendakan, dengan itu mengawal pembentukan liang.
Pengelasan teknologi kimpalan aloi aluminium
Dengan pengembangan julat aplikasi aloi aluminium, semakin banyak masalah diserlahkan. Dengan kemajuan penyelidikan, teknologi kimpalan aloi aluminium telah mencapai kemajuan yang besar. Pada masa ini, terdapat terutamanya kimpalan arka argon tungsten (TIG), kimpalan gas lengai cair (MIG), kimpalan laser (LBW), kimpalan kacau geseran (FSW) Tunggu.
Kimpalan TIG
Kimpalan Gas Inert Tungsten (TIG) ialah kimpalan arka gas lengai biasa dan merupakan kaedah kimpalan yang paling biasa digunakan. Semasa mengimpal, elektrod tungsten dan permukaan kimpalan digunakan sebagai elektrod, dan helium atau gas argon disalurkan di antara kedua-dua elektrod sebagai gas pelindung untuk melindungi arka, dan wayar dan logam asas dicairkan oleh pelepasan voltan tinggi serta-merta, dan bahagian aloi aluminium dikimpal dan dibentuk, dan Kimpalan pembaikan dan pembaikan kecacatan tuangan.
Terutamanya mempunyai ciri teknikal berikut:
1. Mudah dikendalikan, fleksibel dan boleh dikawal, boleh disesuaikan dengan pelbagai keadaan dan persekitaran kerja, dengan kos yang rendah;
2. Zon yang terjejas haba adalah sempit, ubah bentuk sambungan dikimpal adalah kecil apabila suapan wayar mencukupi, dan prestasi komprehensif sambungan adalah tinggi;
3. Prestasi proses kimpalan adalah baik dan stabil, dan jahitan kimpalan adalah padat dan cantik.
Kimpalan MIG
MIG (GMA-Gas Metal Arc Welding) dan TIG kedua-duanya adalah kimpalan terlindung gas lengai, bezanya kimpalan TIG menggunakan elektrod tungsten sebagai elektrod tetap, manakala kimpalan MIG menggunakan bahan dawai pengisi itu sendiri sebagai elektrod.
Dalam proses kimpalan terlindung gas lengai tiang cair aloi aluminium, voltan dan arus bertindak pada hujung elektrod wayar kimpalan, dan voltan tinggi serta-merta dijana antara elektrod dan logam asas, yang mencairkan logam asas. dan alur, dan titisan di hujung dawai kimpalan jatuh dan secara menegak beralih ke logam asas. Pada kolam bahan cair, zon kimpalan terbentuk.
Walau bagaimanapun, proses aplikasi kimpalan MIG aloi aluminium adalah sangat terhad, kerana dawai aluminium lembut membawa kepada pemakanan wayar yang lemah, dan aluminium cair cenderung membentuk fenomena "menggantung tanpa menitis" semasa kimpalan, yang mudah menyebabkan titisan percikan. Kelebihannya ialah kimpalan MIG lebih pantas daripada kimpalan TIG, dan julat gerakan kimpalan adalah kecil apabila mengimpal bahan kerja yang besar. Dengan melaraskan kelajuan suapan wayar, kecekapan kimpalan boleh mencapai beberapa meter seminit.
Kimpalan laser
Kimpalan laser (Laser Beam Welding LBW) menggunakan denyutan laser bertenaga tinggi untuk memanaskan bahan secara tempatan di kawasan kecil. Tenaga sinaran laser meresap ke dalam bahan melalui pengaliran haba, dan bahan tersebut dicairkan untuk membentuk kolam lebur tertentu. Selepas pemejalan, bahan disambungkan sebagai satu.
Kelebihan kimpalan laser ialah titik tindakan kimpalan adalah kecil, sumber haba berkuasa tinggi tertumpu, dan ia mempunyai keupayaan untuk mengimpal plat tebal, dengan zon terjejas haba yang sempit dan ubah bentuk kimpalan kecil. Walau bagaimanapun, pada masa yang sama, kimpalan laser mempunyai keperluan yang tinggi untuk kedudukan kimpalan, peralatan kimpalan yang mahal, dan kos kimpalan yang tinggi. Untuk bahan logam seperti aluminium dan magnesium, pemantulan laser adalah tinggi, dan kimpalan terus sukar.
Bahan penyinaran dengan laser dengan ketumpatan kuasa yang berbeza menunjukkan bahawa apabila ketumpatan kuasa pada bahan kerja mencapai lebih daripada 107W/cm2, logam dalam zon pemanasan akan terwap dalam masa yang sangat singkat, dan gas akan menumpu ke dalam lubang kecil dalam kolam lebur, Lubang kecil ini adalah pusat pemindahan haba, dan kolam lebur terbentuk berhampiran lubang kecil, yang merupakan kesan "lubang kunci" kimpalan penembusan dalam laser. Untuk mengelakkan masalah kolam lebur yang tidak sekata yang disebabkan oleh fenomena ini, adalah mungkin untuk mengurangkan tenaga laser, meningkatkan kelajuan kimpalan atau mengawal pencairan semula kawasan nugget untuk mengeluarkan gelembung dalam zon gabungan dan mengurangkan penjanaan liang .
Kimpalan kacau geseran
Kimpalan kacau geseran (Friction stir Welding, FSW) ialah teknologi penyambungan fasa pepejal baharu yang dibentuk berdasarkan teknologi kimpalan geseran tradisional. Pada antara muka yang akan dikimpal, apabila kepala pengacau maju di sepanjang kimpalan, suhu bahan kimpalan meningkat, dan logam plastik mengalami ubah bentuk plastik yang kuat di bawah tindakan pengadukan dan gangguan mekanikal, dan membentuk sambungan fasa pepejal yang padat selepas resapan dan penghabluran semula.
