Fel deunydd metel peirianneg sydd wedi codi'n gyflym yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae aloi alwminiwm wedi'i ddefnyddio'n helaeth mewn awyrofod, automobiles, llongau a meysydd eraill oherwydd ei ddwysedd isel, cryfder penodol uchel a stiffrwydd penodol, a gwrthiant cyrydiad da. .
Fodd bynnag, mae cyfres o broblemau megis weldadwyedd gwael a pherfformiad gwael yr haen ffurfio mewn weldio yn cyfyngu ar ddatblygiad rhannau strwythurol aloi alwminiwm. Felly, mae technoleg weldio aloi alwminiwm wedi dod yn un o brif gyfarwyddiadau ymchwil llawer o ysgolheigion gartref a thramor.
Trosolwg perfformiad aloi alwminiwm
Mae alwminiwm yn ddeunydd metel ysgafn iawn gyda dwysedd o 2.7g/cm3 yn unig, sef tua 36 y cant o ddwysedd dur. Defnyddir aloi alwminiwm i gynhyrchu rhannau mecanyddol, a all leihau pwysau yn sylweddol a chyflawni effeithiau pwysau ysgafn, arbed ynni a lleihau allyriadau.
Mae cryfder penodol ac anystwythder penodol aloi alwminiwm yn uwch na 45 o ddur a phlastig ABS. Mae'r defnydd o ddeunyddiau aloi alwminiwm yn ffafriol i weithgynhyrchu cydrannau annatod â gofynion anhyblygedd uchel.
Mae gan aloi alwminiwm ddargludedd thermol rhagorol, dargludedd trydanol a gwrthiant cyrydiad. Dangosir paramedrau perfformiad aloi alwminiwm A380 a deunyddiau eraill yn Nhabl 1.
Mae gan aloi alwminiwm machinability da ac ailgylchadwyedd. Os tybir mai cyfernod ymwrthedd torri'r aloi magnesiwm sy'n cael ei dorri'n fwyaf hawdd yw 1, dangosir ymwrthedd torri metelau eraill yn Nhabl 2. Gellir gweld bod ymwrthedd torri aloi alwminiwm yn llai na chopr, haearn a deunyddiau eraill, ac mae'r broses dorri yn gymharol hawdd.
Nodweddion weldio aloi alwminiwm
Wedi'i effeithio gan briodweddau ffisegol a chemegol aloion alwminiwm, mae rhai anawsterau yn y broses weldio. Mae gan y weldio aloi alwminiwm presennol y problemau canlynol yn bennaf: straen thermol, anweddiad abladiad, cynhwysiant solet, cwymp mandwll, ac ati:
Straen Thermol
Mae gan aloion alwminiwm gyfernod ehangu thermol uwch a modwlws elastigedd llai. Yn ystod y broses weldio, oherwydd anffurfiad mawr a chyfernod ehangu llinellol mawr yr aloi alwminiwm, mae'r gyfradd crebachu cyfaint yn ystod solidiad tua 6 y cant, ac mae'r gyfradd oeri a chyfradd grisialu sylfaenol y pwll tawdd yn gyflym, gan arwain at y straen mewnol y weldiad ac anhyblygedd y cyd weldio. Yn fwy, mae'n hawdd achosi mwy o straen mewnol yn y cyd aloi alwminiwm, gan achosi mwy o straen weldio ac anffurfiad, gan ffurfio diffygion megis craciau ac anffurfiad tonnau.
Anweddiad abladiad
Mae gan alwminiwm bwynt toddi o 660 gradd a berwbwynt o 2647 gradd, sy'n is nag elfennau metel eraill fel copr a haearn. Yn ystod y broses weldio, os yw'r tymheredd weldio yn rhy uchel, mae'n hawdd achosi ffrwydrad a ffurfio spatter, yn enwedig mewn weldio trawst ynni uchel, fel y dangosir yn Ffigur 1. Yn ogystal, mae rhai o'r elfennau aloi wedi'u hychwanegu at yr aloi alwminiwm â phwynt berwi isel, sy'n hawdd iawn ei anweddu a'i losgi ar dymheredd uchel y weldio ar unwaith, a bydd y sblash a gynhyrchir gan y ffrwydrad hefyd yn dileu rhan o'r defnynnau hylif, sy'n anochel yn newid yr ardal weldio. Nid yw'r cyfansoddiad cemegol yn ffafriol i reoliad perfformiad y cymal weldio. Felly, er mwyn gwneud iawn am abladiad tymheredd uchel, defnyddir gwifren weldio neu ddeunyddiau weldio eraill sydd â chynnwys elfen berwbwynt uwch na'r metel sylfaen yn aml yn ystod weldio.
cynhwysiant solet
Mae priodweddau cemegol alwminiwm yn weithgar iawn ac yn hawdd eu ocsidio. Yn ystod y broses weldio, mae wyneb yr aloi alwminiwm yn cael ei ocsidio i ffurfio Al2O3 gyda phwynt toddi uchel (tua 2050 gradd C, tra bod pwynt toddi alwminiwm yn 660 gradd C, sy'n wahanol iawn). Mae'r ocsidau yn drwchus ac mae ganddynt galedwch uchel, ac maent yn gymysg yn yr hylif aloi tawdd gyda dwysedd isel yn ardal y pwll tawdd, sy'n hawdd ffurfio slag solet mân ac yn anodd ei ollwng, sydd nid yn unig yn effeithio ar strwythur y weldiad, ond hefyd yn hawdd cynhyrchu cyrydiad electrocemegol, a fydd yn achosi Mae priodweddau mecanyddol cymalau weldio yn lleihau, ac mae Al2O3 yn gorchuddio'r pwll tawdd a'r rhigol, sy'n effeithio'n ddifrifol ar weldio aloion ac yn lleihau microstrwythur a phriodweddau cymalau weldio.
Cwymp y stumog
Mae pwynt toddi aloi alwminiwm yn llawer is na'i ocsid, ac mae ei natur yn fywiog ac yn hawdd ei ocsideiddio. Yn ystod y broses weldio, mae'r aloi alwminiwm yn ffurfio pwll tawdd oherwydd toddi tymheredd uchel. Mae'r alwminiwm ar wyneb y pwll tawdd yn cael ei ocsidio i ffurfio ffilm ocsid, sy'n gorchuddio'r pwll tawdd mewn cyflwr solet. Gan nad yw lliw y ffilm ocsid ar ôl toddi yn llawer gwahanol i liw'r aloi alwminiwm tawdd, ac oherwydd cwmpas y ffilm ocsid, mae'n anodd arsylwi graddau toddi y pwll tawdd aloi alwminiwm yn ystod y broses weldio , felly mae'n hawdd achosi i'r tymheredd fod yn rhy uchel, gan achosi dylanwad gwres weldio Mae mwyafrif yr ardal yn cwympo, gan ddinistrio siâp a phriodweddau'r metel weldio.
O dan weithred pŵer uchel ar unwaith y ffynhonnell wres weldio, mae llawer iawn o nwy hydrogen yn cael ei hydoddi yn yr hylif aloi. Ar ôl i'r weldio gael ei gwblhau, wrth i dymheredd y pwll tawdd ostwng, mae hydoddedd y nwy hefyd yn gostwng yn raddol, sy'n dod yn brif achos mandyllau yn y broses weldio. rheswm. Oherwydd bod cyflymder solidification yr aloi alwminiwm yn rhy gyflym ac mae'r dwysedd yn isel, mae mandyllau hydrogen o wahanol feintiau yn cael eu ffurfio yn ystod solidiad cyflym y weld. Bydd y mandyllau hyn yn parhau i gronni ac ehangu yn ystod y broses weldio, gan ffurfio mandyllau mawr gweladwy yn y pen draw a lleihau priodweddau strwythurol y cyd. Wrth gwrs, nid yw'r mandyllau o reidrwydd yn cael eu ffurfio yn ystod y broses weldio. Oherwydd dylanwad technoleg y broses castio, bydd y metel sylfaen ei hun hefyd yn cynhyrchu mandyllau yn ystod y broses castio. Yn ystod y weldio, mae'r mewnbwn gwres a'r pwysau mewnol yn newid yn gyson, gan achosi i'r mandyllau gwreiddiol yn y metel sylfaen ehangu neu gyfuno â'i gilydd i ffurfio mandyllau weldio. Wrth i'r mewnbwn gwres weldio gynyddu, bydd y mandyllau hefyd yn cynyddu. Felly, er mwyn rheoli ffynhonnell hydrogen, mae angen i'r deunydd weldio gael ei sychu'n llym cyn ei ddefnyddio. Yn ystod y weldio, cynyddir y cerrynt yn briodol i ymestyn amser bodolaeth y pwll tawdd a rhoi digon o amser i hydrogen waddodi, a thrwy hynny reoli ffurfio mandyllau.
llun
Ffig.2 Ffurfio stomata a'i gydgyfeirio
Dosbarthiad technoleg weldio aloi alwminiwm
Gydag ehangiad yr ystod ymgeisio o aloion alwminiwm, amlygir mwy a mwy o broblemau. Gyda chynnydd ymchwil, mae technoleg weldio aloi alwminiwm wedi'i ddatblygu'n fawr. Ar hyn o bryd, yn bennaf mae weldio arc argon twngsten (TIG), weldio nwy anadweithiol tawdd (MIG), weldio laser (LBW), weldio tro ffrithiant (FSW) aros.
Weldio arc twngsten nwy
Mae Weldio Nwy Anadweithiol Twngsten (TIG) yn weldio cysgodi nwy anadweithiol nodweddiadol a dyma'r dull weldio a ddefnyddir amlaf. Wrth weldio, defnyddir yr electrod twngsten a'r arwyneb weldio fel electrodau, ac mae nwy heliwm neu argon yn cael ei basio rhwng y ddau electrod fel nwy amddiffynnol i amddiffyn yr arc, ac mae'r wifren a'r metel sylfaen yn cael eu toddi gan ollyngiad foltedd uchel ar unwaith, ac mae'r rhannau aloi alwminiwm yn cael eu weldio a'u ffurfio, a Weldio ac atgyweirio diffygion castio.
Mae ganddo'r nodweddion technegol canlynol yn bennaf:
Hawdd i'w weithredu, yn hyblyg ac yn hawdd ei reoli, yn addasadwy i amodau gwaith ac amgylcheddau amrywiol, ac yn isel mewn cost;
Mae'r parth sy'n cael ei effeithio gan wres yn gul, ac mae dadffurfiad y cyd wedi'i weldio yn fach o dan gyflwr digon o fwydo gwifren, ac mae perfformiad cynhwysfawr y cyd yn uchel;
Mae perfformiad y broses weldio yn dda ac yn sefydlog, ac mae'r wythïen weldio yn drwchus ac yn hardd.
weldio MIG
Mae MIG (Weldio Arc Metel Nwy GMA) a TIG yn weldio cysgodol nwy anadweithiol. Y gwahaniaeth yw bod weldio TIG yn defnyddio electrodau twngsten fel electrodau sefydlog, tra bod weldio MIG yn defnyddio'r deunydd gwifren llenwi ei hun fel electrodau.
Yn y broses weldio aloi alwminiwm wedi'i gorchuddio â nwy anadweithiol metel, mae'r foltedd a'r cerrynt yn gweithredu ar ddiwedd electrod y wifren weldio, a chynhyrchir pwysedd uchel ar unwaith rhwng yr electrod a'r metel sylfaen, sy'n toddi'r metel sylfaen a'r rhigol, ac mae'r droplet ar ddiwedd y wifren yn disgyn i ffwrdd ac yn trawsnewid yn fertigol i'r metel sylfaen. Ar y pwll tawdd o'r deunydd, mae parth weldio yn cael ei ffurfio.
Fodd bynnag, mae'r broses ymgeisio o weldio MIG aloi alwminiwm yn gymharol gyfyngedig, oherwydd bod meddalwch y wifren alwminiwm yn arwain at borthiant gwifren gwael, ac mae'r alwminiwm tawdd yn dueddol o ffurfio ffenomen o "hongian ond nid yn diferu" yn ystod weldio, sy'n hawdd i achosi defnynnau i dasgu. Y fantais yw bod weldio MIG yn gyflymach na weldio TIG, ac mae'r ystod symudiad weldio yn fach wrth weldio darnau gwaith mawr. Trwy addasu'r cyflymder bwydo gwifren, gall yr effeithlonrwydd weldio gyrraedd sawl metr y funud.
weldio laser
Mae weldio trawst laser (Laser Beam Welding LBW) yn defnyddio corbys laser ynni uchel i gynhesu'r deunydd yn lleol mewn ardal fach. Mae egni'r ymbelydredd laser yn tryledu i du mewn y deunydd trwy ddargludiad gwres, ac mae'r deunydd yn cael ei doddi i ffurfio pwll tawdd penodol. Ar ôl solidification, mae'r deunydd wedi'i gysylltu ag Un.
Mantais weldio laser yw bod y pwynt gweithredu weldio yn fach, mae'r ffynhonnell wres pŵer uchel wedi'i grynhoi, mae'n gallu weldio platiau trwchus, mae'r parth sy'n cael ei effeithio gan wres yn gul, ac mae'r anffurfiad weldio yn fach. Ond ar yr un pryd, mae gan weldio laser ofynion uchel ar gyfer lleoli weldio, offer weldio drud, a chostau weldio uchel. Ar gyfer deunyddiau metel fel alwminiwm a magnesiwm, mae'r adlewyrchedd laser yn uchel, ac mae weldio uniongyrchol yn anodd.
Mae deunyddiau arbelydru â laserau â dwysedd pŵer gwahanol yn dangos, pan fydd y dwysedd pŵer ar y darn gwaith yn cyrraedd mwy na 107W / cm2, bydd y metel yn y parth gwresogi yn cael ei nwyeiddio mewn amser byr iawn, a bydd y nwy yn cydgyfeirio i mewn i dwll bach yn y pwll tawdd a ffurfio a Y twll bach yw'r ganolfan ar gyfer trosglwyddo gwres, ac mae pwll tawdd yn cael ei ffurfio ger y twll bach, sef effaith "twll clo" weldio treiddiad dwfn laser. Er mwyn osgoi anwastadrwydd y pwll tawdd a achosir gan y ffenomen hon, mae'n bosibl lleihau'r ynni laser, cynyddu'r cyflymder weldio neu reoli ail-doddi'r ardal nugget i gael gwared ar y swigod yn y parth ymasiad a lleihau'r genhedlaeth o mandyllau. .
weldio tro ffrithiant
Mae weldio tro ffrithiant (Friction stir Welding, FSW) yn fath newydd o dechnoleg cysylltiad cyfnod solet yn seiliedig ar dechnoleg weldio ffrithiant traddodiadol. Ar y rhyngwyneb i'w weldio, pan fydd y pen troi yn symud ymlaen ar hyd y sêm weldio, mae tymheredd y deunydd weldio yn codi, ac mae'r metel plastig wedi'i ddadffurfio'n blastig cryf o dan weithred troi a chynhyrfu mecanyddol, ac mae'n ffurfio cysylltiad cyfnod solet trwchus. ar ôl tryledu ac ailgrisialu.
O'i gymharu â dulliau weldio traddodiadol, mae gan dechnoleg FSW y manteision canlynol:
Tymheredd weldio isel ac anffurfiad weldio bach;
Priodweddau mecanyddol da y weldiad;
Mae'r broses weldio yn syml, yn economaidd ac yn gyfeillgar i'r amgylchedd.
Y prif broblemau a ffocws ymchwil
Gyda chymhwyso aloion alwminiwm mewn diwydiannau mwy a mwy, mae problem ei gysylltiad atgyweirio hefyd wedi denu sylw mwy a mwy o ysgolheigion. Trwy wahanol brofion weldio ar aloion alwminiwm, canfyddir nad yw aeddfedrwydd y dechnoleg atgyweirio wedi bodloni anghenion datblygu'r diwydiant eto, ac mae yna broblemau amrywiol ynddo o hyd.
Weldio arc twngsten nwy a weldio cysgodi nwy anadweithiol metel yw'r ddau ddull weldio a ddefnyddir fwyaf eang ar hyn o bryd, ond mae gan y ddwy dechnoleg hyn barth eang y mae gwres yn effeithio arnynt, ac mae angen toddi'r metel weldio ac yna ei gadarnhau, sy'n cael effaith ar y strwythur. Yn fwy, ac mae'r straen gweddilliol yn uchel, gan arwain at effaith ddifrifol ar briodweddau mecanyddol y cyd. Mae dwysedd trawst ynni weldio laser yn uchel, ac mae cymhareb dyfnder-i-led y weldiad yn fawr, ond mae'n hawdd iawn ffurfio mandyllau, ac mae ei gost ddrud hefyd yn cyfyngu ar boblogeiddio cymwysiadau. Mae weldio tro ffrithiant yn darparu ateb i broblem gwres, ond mae weldio tro ffrithiant yn gofyn am bwysau cynhyrfu cymharol fawr a grym gyrru ymlaen, ac mae'r offer yn gyffredinol gymhleth a swmpus, sy'n cyfyngu ar ei ddatblygiad.
Dylai ffocws ymchwil yn y dyfodol ar bynciau cysylltiedig fod ar yr agweddau canlynol:
Gan ddechrau o sail weldio ymasiad, addaswch y fformiwla gwifren weldio, ychwanegu elfennau daear prin neu ddewis swm addas o ysgogydd weldio i reoli'r anffurfiad weldio, lleihau straen, a lleihau ffurfio mandyllau.
Oherwydd ehangu cwmpas a chymhwyso aloion, fe'u defnyddir fel arfer ar y cyd â deunyddiau annhebyg, felly mae angen cynnal arbrofion weldio lap rhwng metelau annhebyg i gael cymalau o ansawdd uchel.
Cynnal ymchwil ar weldadwyedd ffynonellau gwres cyfansawdd, megis weldio hybrid laser TIG, weldio tro ffrithiant cyfansawdd laser, er mwyn cael y perfformiad weldio gorau posibl.
