Kuigi alumiiniumi ja selle sulameid on kasutatud paljude oluliste toodete keevitamiseks, ei kulge tegelik keevituse tootmine raskusteta. Peamised probleemid on järgmised: poorid keevisõmbluses, keevitamise kuumad praod ja vuukide "võrdne tugevus". Alumiiniumi ja selle sulamite tugeva keemilise aktiivsuse tõttu on pinnale lihtne moodustada oksiidkilet ja enamikul neist on tulekindlad omadused (näiteks Al2O3 sulamistemperatuur on 2050 kraadi ja MgO sulamistemperatuur on 2500 kraadi). Lisaks on alumiiniumil ja selle sulamitel tugev soojusjuhtivus. Keevitamise ajal on lihtne tekitada mittesulamise nähtust. Kuna oksiidkile tihedus on väga lähedane alumiiniumi tihedusele, on sellest kerge keevismetallis tekkida. Samas võib oksiidkile (eriti MgO sisaldusega oksiidkile, mis ei ole väga tihe) imada rohkem niiskust ja sellest võib sageli saada üks oluline keevispooride tekkepõhjus.
Lisaks on alumiiniumil ja selle sulamitel suur joonpaisumise koefitsient ja tugev soojusjuhtivus ning need võivad keevitamise ajal deformeeruda. Need on ka keevitamise tootmisel üsna keerulised probleemid. Järgnevalt analüüsitakse katse käigus tekkinud suhteliselt tõsiseid pragusid põhjalikult.
1. Praod ja nende omadused alumiiniumisulamist keevisliidetes
Alumiiniumsulamite keevitamise protsessis võivad materjalide erinevat tüüpi, omaduste ja keevitusstruktuuride tõttu keevisliidetesse tekkida mitmesuguseid pragusid ning pragude kuju ja jaotusomadused on väga keerulised. Tekkinud osade järgi võib need jagada kahte tüüpi pragudeks:
(1) Keevismetalli praod: pikipraod, põikipraod, kraatripraod, karva- või kaarpraod, juurpraod ja mikropraod (eriti mitmekihilise keevitamise korral).
(2) Praod kuumusest mõjutatud tsoonis: keevisõmbluse praod, laminaarsed praod ja mikroskoopilised termilised praod sulatusliini lähedal. Vastavalt pragude tekke temperatuurivahemikule jagatakse see kuumaks ja külmaks praguks. Kõrgel temperatuuril tekib keevitamisel kuumpragu, mis on peamiselt põhjustatud sulami elementide eraldumisest tera piiril või madala sulamistemperatuuriga ainete olemasolust.
Olenevalt keevitatava metalli materjalist on erinev ka kuumpragude kuju, temperatuurivahemik ja peamised põhjused. Kuumad praod võib jagada kolme kategooriasse: kristallisatsioonipraod, veeldamispraod ja hulknurksed praod. Kristallisatsioonipraod tekivad peamiselt kuumades pragudes. Keevisõmbluse kristalliseerumisprotsessi ajal, tahke joone lähedal, ei saa tahkunud metalli kokkutõmbumise tõttu õigeaegselt täita jääkvedelikku.
Teradevaheline pragunemine toimub tahkestumise kokkutõmbumispinge või välisjõu mõjul, mis esineb peamiselt süsinikterasest, madala legeeritud terasest keevisõmblustes ja mõnedes rohkema lisanditega alumiiniumisulamites; veeldamispraod kuumutatakse kuumusest mõjutatud tsoonis kuni Tekib kokkutõmbumispinge toimel kõrgel temperatuuril tera piiride tahkumisel.
Katse käigus selgus, et kui täitematerjali pind ei olnud piisavalt puhastatud, oli keevisõmbluses pärast keevitamist siiski palju kandmeid ja vähesel määral poore. Kolmes katsekomplektis, kuna keevitustäitematerjal on valatud struktuur ja lisandid on kõrge sulamistemperatuuriga ained, on see keevisõmbluses ka pärast keevitamist.
Lisaks on valustruktuur suhteliselt hõre ja seal on palju auke, millesse on lihtne imada kristallvett ja õli kvaliteeti sisaldavaid komponente, mis muutuvad keevitusprotsessi käigus poore tekitavateks teguriteks. Kui keevisõmblus on tõmbepinge all, muutuvad need kandmised ja poorid sageli mikropragude tekitamise võtmekohtadeks.
Täiendav vaatlus mikroskoopiaga näitas, et neil kandmisel ja pooride tekitatud mikropragudel oli selge kalduvus üksteisega ristuda. Siiski on endiselt raske hinnata, kas kandmiste kahjulik mõju avaldub peamiselt pingete kontsentratsiooniallikana pragude tekitamiseks või avaldub see peamiselt pragude tekitamiseks rabeda faasina.
Lisaks arvatakse üldiselt, et alumiinium-magneesiumisulamist keevisõmbluste poorid ei mõjuta oluliselt keevismetalli tõmbetugevust. pragude nähtus.
Seda, kas poorsusest põhjustatud mikropragude nähtus on vaid sekundaarne nähtus või üks peamisi tegureid, mis põhjustab keevisõmbluste tõmbetugevuse olulist vähenemist, tuleb veel uurida.
2. Kuuma pragude tekitamise protsess
Praegu peetakse Prokhorovi teooriat kuumade pragude keevitamise teooria kohta kodus ja välismaal täielikumaks. Üldiselt arvatakse teoorias, et kristalsete pragude tekkimine sõltub peamiselt kolmest järgmisest aspektist: rabeda temperatuurivahemiku suurus; sulami elastsus selles temperatuurivahemikus ja metalli deformatsioonikiirus rabedas temperatuurivahemikus.
Tavaliselt nimetavad inimesed hapra temperatuurivahemiku suurust ja elastsuse väärtust selles temperatuurivahemikus metallurgiliseks teguriks, mis tekitab kuumkeevituspragusid, ning metalli deformatsioonikiirust rabedas temperatuurivahemikus nimetatakse mehaaniliseks teguriks.
Keevitusprotsess on mitme tasakaalustamata protsessiprotsessi süntees. See omadus on põhiliselt seotud keevisliite metallimurru metallurgiliste ja mehaaniliste teguritega. Näiteks keevitusprotsessi ja metallurgilise protsessi tooted on füüsikalised ja keemilised. ja struktuurne ebahomogeensus, räbu ja kandmised, gaasielemendid ja vabad kohad üleküllastunud kontsentratsioonides jne.
Kõik need on metallurgilised tegurid, mis on tihedalt seotud pragude tekke ja arenguga. Mehaaniliste tegurite vaatenurgast muudab keevitamise termilise tsükli spetsiifiline temperatuurigradient ja jahutuskiirus teatud vaoshoitustingimustes keevisühenduse keeruliseks pinge-deformatsiooni seisundiks, pakkudes seega vajalikud tingimused pragude tekkeks ja tekkeks.
Keevitusprotsessis omistatakse metallurgiliste tegurite ja mehaaniliste tegurite koosmõju kahele aspektile, st kas tugevdada metalliühendust või nõrgendada metalliühendust. Kui keevisliidese metallis tekib jahutamise ajal tugevusühendus, saab seda teatud jäikades tõkestustingimustes nõuetele vastavalt pingutada ning kui keevisõmblus ja keevisõmbluse lähedal olev metall taluvad rakendatud tõkestuspingeid ja sisemist mõju. jääkpinge, pragude tekkimine ei ole lihtne. , keevisliidete metallipragude tundlikkus on madal,Ja vastupidi, kui pinget ei taluta, katkeb metalli tugevusühendus kergesti ja tekivad praod. Sel juhul on keevisliite metalli pragunemistundlikkus kõrge. Keevisvuugi metall algab kristalliseerumise ja tahkumise temperatuurist ning jahtub teatud kiirusega toatemperatuurini ning selle pragude tundlikkus määratakse deformatsioonivõime ja rakendatud deformatsiooni võrdluse ning deformatsioonikindluse ja rakendatud pinge võrdlusega.
Kuid jahutusprotsessi ajal erinevatel temperatuurietappidel on teradevahelise tugevuse ja tera tugevuse erineva kasvu, deformatsiooni jaotumise tõttu terade vahel ja terade sees deformatsioonist põhjustatud difusioonikäitumine erinev ja pinge kontsentratsioon erinev. Metalli haprust põhjustavad tingimused ja tegurid on erinevad, erinevad on ka keevisliite spetsiifilised nõrgad lülid ning selle nõrgenemise tegurid ja astmed.
Metallurgilised ja mehaanilised tegurid, mis põhjustavad keevisliite metallis pragusid, on omavahel tihedalt seotud. Pinge gradient mehaanilistes tegurites on seotud soojustsükli karakteristikute poolt määratud temperatuurigradiendiga ja viimane on tihedalt seotud metalli soojusjuhtivusega, näiteks metalli termoplastilise muutusega. Metallurgilised tegurid, nagu omadused, soojuspaisumine ja mikrostruktuuri muundumine, mängivad suurel määral keevisliidese metalli pinge-deformatsiooni seisundis olulist rolli.
Lisaks muutuvad temperatuuri langedes ja jahutuskiiruse muutudes ka metallurgilised ja mehaanilised tegurid ning keevisliidese metalli tugevus on erinevates temperatuurivahemikes erinev. Näiteks kui kristalliseerumistemperatuuri vahemik on suur, on tahke faasiliini temperatuur madal ja see põhjustab tõenäolisemalt pingete kontsentratsiooni terade vahele jääval madalal sulamistemperatuuril vedelal metallil, mille tulemusena tekivad tahke faasi metallis praod;
Samamoodi, kui temperatuur langeb, kui kokkutõmbumiskogus on suur, eriti kiire jahutamise tingimustes, kui kokkutõmbumise deformatsioonikiirus on kõrge ja pinge-deformatsiooni olek on raskem, võivad tekkida praod jne.
Keevismetalli tahkumise ja kristalliseerumise hilisemas etapis alumiiniumisulamite keevitamisel pressitakse kristallide kokkupuutekohas välja madalsulav eutektika, moodustades nn "vedela kile". Kui vaba kokkutõmbumine tekitab suure tõmbepinge, moodustab vedel kile sel ajal suhteliselt nõrga lüli ja tõmbepinge mõjul võib see nõrgas piirkonnas praguneda, moodustades pragu.
3. Kuuma pragude tekkimise mehhanism
Selleks, et uurida kõige tõenäolisemat kuumade pragude tekkimise aega alumiiniumisulamite keevitamisel, jagatakse keevisvanni kristalliseerumine alumiiniumisulami keevitamisel kolme etappi.
Esimene etapp on vedelik-tahke staadium. Kui keevisvann hakkab kõrge temperatuuriga jahutamise tõttu kristalliseeruma, on ainult väike arv kristallide tuumasid. Temperatuuri languse ja jahutusaja pikenemisega kasvab kristalli tuum järk-järgult ja ilmub uus kristallituum, kuid selles protsessis on vedelfaas alati suures koguses ja külgnevate kristalliterade vahel puudub kontakt. Tahkumata vedela alumiiniumisulami vaba voolamine ei takista.
Sellisel juhul võib isegi tõmbepinge olemasolul avanenud pilu õigeaegselt täita voolava alumiiniumisulamist vedela metalliga, mistõttu on pragude tekkimise võimalus vedel-tahke faasis väga väike.
Teine etapp on tahke-vedeliku staadium. Kui keevitatud sulabasseini kristalliseerumine jätkub, suureneb tahke faas sulas jätkuvalt ja varem kristalliseerunud tuumad kasvavad edasi. Kui temperatuur langeb teatud väärtuseni, on tahkunud alumiiniumisulamist metall Kristallid üksteisega kontaktis ja neid rullitakse pidevalt kokku. Sel ajal on vedela alumiiniumisulami vool takistatud, see tähendab, et sulanud basseini kristalliseerumine on jõudnud tahke-vedeliku faasi.
Sel juhul võib vedela alumiiniumisulamist metalli puudumise tõttu tugevalt areneda kristalli enda deformatsioon, kristallide vahele jääv vedel faas ei ole kergesti voolav ja tõmbepinge mõjul tekkivad pisikesed vahed ei saa olema täidetud, kuni on väike Tõmbepinge olemasolu võib tekitada pragusid. Seetõttu nimetatakse seda etappi "hapraks temperatuuritsooniks".
Kolmas etapp on täielik tahkumise etapp. Pärast sulametalli täielikku tahkumist tekkinud keevisõmblus on tõmbepinge all hea tugevuse ja plastilisusega. Pragude tekkimise võimalus selles etapis on suhteliselt väike. .
Seetõttu, kui temperatuur on kõrgem või madalam kui rabe temperatuuritsoon ab vahel, on keevismetallil suurem võime seista vastu kristalliseerumispragudele ja väiksem pragude kalduvus. Üldjuhul vähem lisandeid sisaldavate metallide puhul (sh mitteväärismetall ja keevitusmaterjalid) mõjub kitsast rabedast temperatuurivahemikust tulenevalt tõmbepinge selles vahemikus lühikest aega, mistõttu keevisõmbluse kogupinge on suhteliselt väike.
Seetõttu on keevitamisel tekkivate pragude tõenäosus väiksem. Kui keevisõmbluses on rohkem lisandeid, on rabe temperatuurivahemik laiem, tõmbepinge selles vahemikus pikem ja pragunemise kalduvus suurem.
4. Alumiiniumisulami keevituspragude ennetusmeetmed
Vastavalt alumiiniumisulamite keevitamise ajal tekkivate kuumade pragude tekkemehhanismile saab parendusi teha metallurgiliste tegurite ja protsessitegurite kahest aspektist, et vähendada kuumade pragude tekkimise tõenäosust alumiiniumisulamite keevitamisel.
Metallurgiliste tegurite osas, et vältida keevitamise ajal teradevahelisi termilisi pragusid, on see peamiselt keevisõmbluse metallisüsteemi reguleerimine või täitemetallile modifikaatori lisamine. Keevitusõmblussüsteemi reguleerimise eesmärk on pragunemiskindluse seisukohast reguleerida sobivat kogust sulavat eutektikat ja kitsendada kristallisatsiooni temperatuurivahemikku.
Kuna alumiiniumsulamid on tüüpilised eutektilised sulamid, vastab maksimaalne pragude kalduvus sulami "maksimaalsele" tahkumistemperatuuri vahemikule ja väikese koguse eutektika olemasolu suurendab alati pragude tahkumise kalduvust. Elementide sisaldus ületab sulami koostist, kus pragude kalduvus on suurim, nii et võib tekkida "tervendav" efekt.
Modifikaatoritena lisati täitemetallile selliseid mikroelemente nagu Ti, Zr, V ja B, et terakesi rafineerides parandada plastilisust ja sitkust ning vältida keevitamisel kuumade pragude tekkimist. ja saavutanud tulemusi. Joonisel 3 on kujutatud Al-4,5%Mg keevitustraadi pragunemiskindluse testi tulemused, millele on lisatud modifikaatorit jäiga ristlõike keevisõmbluse tingimustes.
Testis lisatud Zr oli {{0}},15% ja Ti+B 0,1%. On näha, et Ti ja B samaaegne lisamine võib oluliselt parandada pragunemiskindlust. Elementide nagu Ti, Zr, V, B ja Ta ühine omadus on see, et nad võivad moodustada alumiiniumiga peritektilisi reaktsioone, moodustades tulekindlaid metalliühendeid (Al3Ti, Al3Zr, Al7V, AlB2, Al3Ta jne). Sellised väikesed tulekindlad osakesed võivad vedela metalli tahkumisel muutuda mitte-iseeneslikeks tahkumistuumadeks, tekitades seeläbi terade rafineerimise efekti.
Protsessitegurite, peamiselt keevitusspetsifikatsioonide, eelsoojenduse, liitevormi ja keevitusjärjestuse osas põhinevad need meetodid keevituspragude lahendamiseks keevituspingel. Keevitusprotsessi parameetrid mõjutavad tahkestumise protsessi tasakaalustamatust ja tahkestumise protsessi mikrostruktuuri olekut ning mõjutavad ka deformatsiooni kasvukiirust tahkumisprotsessi ajal, mõjutades seega pragude teket.
Kontsentreeritud soojusenergiaga keevitusmeetod soodustab kiiret keevitusprotsessi, mis võib takistada tugeva suunaga jämedate sammaskristallide moodustumist, parandades seeläbi pragunemiskindlust. Väikese keevitusvoolu kasutamine ja keevituskiiruse aeglustamine võib vähendada sulabasseini ülekuumenemist ja parandada pragunemiskindlust.
Keevituskiiruse suurenemine soodustab keevisliite deformatsioonikiiruse suurenemist, mis suurendab kuumpragunemise kalduvust. On näha, et keevituskiiruse ja keevitusvoolu suurendamine soodustab pragunemise tendentsi suurenemist. Alumiiniumkonstruktsiooni kokkupanemise ja keevitamise ajal ei avaldata keevitusõmblusele suurt jäikust ning selle käigus saab rakendada selliseid meetmeid nagu segmenteeritud keevitamine, eelsoojendus või sobiv keevituskiiruse vähendamine.
Eelsoojenduse abil saab katsekeha suhtelist paisumist vähendada, keevituspinget vastavalt vähendada ja pinget rabedas temperatuurivahemikus vähendada; proovige kasutada põkkkeevitust lahtiste soonte ja väikeste vahedega ning vältige ristliidete kasutamist ning Vale positsioneerimise ja keevitusjärjestuse kasutamist; kui keevitamine lõppeb või katkeb, tuleks kaarekraater õigel ajal täita ja seejärel soojusallikas eemaldada, muidu tekitab see kergesti kaarekraatri pragusid. 5000-seeria sulamist mitmekihilise keevitamise keevisliidete puhul tekivad teradevahelise kihi kohaliku sulamise tõttu sageli mikropraod, mistõttu tuleb järgmise keevistera kihi soojussisendit kontrollida.
Käesolevas töös esitatud testi kohaselt on alumiiniumisulami keevitamisel väga oluline ka mitteväärismetalli ja täitematerjali pinna puhastamine. Materjali lisamine keevisõmblusesse muutub pragude allikaks ja keevisõmbluse jõudluse languse peamiseks põhjuseks.
