Son yıllarda hızla yükselen bir mühendislik metal malzemesi olarak alüminyum alaşımları, düşük yoğunlukları, yüksek özgül mukavemetleri ve özgül sertlikleri ve iyi korozyon direnci nedeniyle havacılık, otomobiller, gemiler ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. .
Bununla birlikte, kaynakta zayıf kaynaklanabilirlik ve zayıf tabaka oluşturma performansı gibi bir dizi problem, alüminyum alaşımlı yapısal parçaların gelişimini kısıtlamaktadır. Bu nedenle, alüminyum alaşımlı kaynak teknolojisi, yurtiçinde ve yurtdışında birçok akademisyenin ana araştırma yönlerinden biri haline geldi.
Alüminyum Alaşım Özelliklerine Genel Bakış
1. Alüminyum, çeliğin yoğunluğunun yaklaşık yüzde 36'sı olan yalnızca 2,7 g/cm3 yoğunluğa sahip çok hafif bir metal malzemedir. Alüminyum alaşımının mekanik parçalar üretmek için kullanılması, ağırlığı önemli ölçüde azaltabilir ve hafiflik, enerji tasarrufu ve emisyon azaltımının etkisini sağlayabilir.
2. Alüminyum alaşımının özgül gücü ve özgül sertliği, 45 çelik ve ABS plastikten daha yüksektir. Alüminyum alaşımlı malzemelerin kullanımı, yüksek sertlik gereksinimlerine sahip entegre bileşenlerin imalatına elverişlidir.
3. Alüminyum alaşımı mükemmel ısı iletkenliğine, elektriksel iletkenliğe ve korozyon direncine sahiptir. A380 alüminyum alaşımı ve diğer malzemelerin performans parametreleri Tablo 1'de gösterilmektedir.
4. Alüminyum alaşımı iyi işlenebilirliğe ve geri dönüştürülebilirliğe sahiptir. En çok işlenebilir magnezyum alaşımının kesme direnci katsayısı 1 olarak kabul edilirse, diğer metallerin kesme direnci Tablo 2'de gösterilmiştir. Alüminyum alaşımının kesme direncinin bakır, demir ve diğer alaşımlardan daha küçük olduğu görülebilir. malzemeler ve kesme işlemi daha kolaydır.
Alüminyum alaşımlı kaynak özellikleri
Alüminyum alaşımlarının fiziksel ve kimyasal özelliklerinden etkilenen kaynak işleminde bazı zorluklar vardır. Mevcut alüminyum alaşım kaynağının başlıca sorunları şunlardır: termal stres, ablasyon buharlaşması, katı kapanımlar, gözenek çökmesi, vb.:
Termal stres
Alüminyum alaşımları daha yüksek bir termal genleşme katsayısına ve daha düşük bir esneklik modülüne sahiptir. Kaynak işlemi sırasında, alüminyum alaşımının büyük deformasyonu ve büyük doğrusal genleşme katsayısı nedeniyle, katılaşma sırasında hacim büzülme oranı yaklaşık yüzde 6'dır ve erimiş havuzun soğuma hızı ve birincil kristalleşme hızı hızlıdır, bu da kaynağın iç gerilimi ve kaynaklı bağlantının sertliği. Büyükse, alüminyum alaşımlı bağlantıda büyük kaynak stresine ve deformasyona neden olan ve çatlaklar ve dalga deformasyonu gibi kusurlar oluşturan büyük iç stres oluşturmak kolaydır.
Ablatif buharlaşma
Alüminyumun erime noktası 660 derece ve kaynama noktası 2647 derece olup bakır ve demir gibi diğer metal elementlerden daha düşüktür. Kaynak işlemi sırasında, kaynak sıcaklığı çok yüksekse, özellikle yüksek enerjili kiriş kaynağında, Şekil 1'de gösterildiği gibi patlaması ve sıçraması kolaydır. ani yüksek kaynak sıcaklığında buharlaşması ve yanması kolay olan düşük kaynama noktası ve patlamanın oluşturduğu sıçrama, kaynak dikiş alanını kaçınılmaz olarak değiştiren bazı damlacıkları da alacaktır. Kimyasal bileşim, kaynaklı bağlantıların performans düzenlemesine elverişli değildir. Bu nedenle, yüksek sıcaklık ablasyonunu telafi etmek için, kaynak sırasında genellikle ana metalden daha yüksek kaynama noktası element içeriğine sahip kaynak telleri veya diğer kaynak malzemeleri kullanılır.
Katı kapanımlar
Alüminyumun kimyasal özellikleri çok aktiftir ve kolayca oksitlenir. Kaynak işlemi sırasında, alüminyum alaşımının yüzeyi yüksek bir erime noktasına sahip Al2O3 oluşturmak için oksitlenir (yaklaşık 2050 derece, alüminyumun erime noktası ise 660 derecedir, bu çok farklıdır). Oksitler yoğundur ve yüksek sertliğe sahiptirler ve erimiş havuz alanında düşük yoğunluklu erimiş alaşım sıvısında karıştırılırlar; bu, boşaltılması kolay olmayan küçük katı cüruf kapanımları oluşturmak kolaydır, bu sadece mikroyapıyı etkilemez. Kaynaklı bağlantıların mekanik özellikleri azalır ve Al2O3, alaşımların kaynağını ciddi şekilde etkileyen ve kaynaklı bağlantıların mikro yapısını ve özelliklerini azaltan erimiş havuzu ve oluğu kaplar.
Stoma çökmesi
Alüminyum alaşımının erime noktası oksitinden çok daha düşüktür ve çok aktiftir ve oksitlenmesi kolaydır. Kaynak işlemi sırasında, erimiş bir havuz oluşturmak için alüminyum alaşımı yüksek sıcaklıkta eritilir. Erimiş havuzun yüzeyindeki alüminyum, erimiş havuzu katı bir biçimde kaplayan bir oksit filmi oluşturmak üzere oksitlenir. Erimiş oksit filmin rengi, alüminyum alaşımının erimiş durumundan çok farklı olmadığından ve oksit filminin kaplaması nedeniyle, kaynak işlemi sırasında alüminyum alaşımlı erimiş havuzun erime derecesini gözlemlemek zordur. , bu nedenle sıcaklığın çok yüksek olmasına ve kaynak ısısına neden olması kolaydır. Bölgedeki büyük çökmeler, kaynak metalinin şeklini ve özelliklerini bozar.
Kaynak ısı kaynağının anlık yüksek gücünün etkisi altında, alaşım sıvısında büyük miktarda hidrojen çözülür. Kaynak tamamlandıktan sonra, eriyik havuzunun sıcaklığı düştükçe gazın çözünürlüğü giderek azalır ve bu da kaynak işlemi sırasında gözeneklerin ana nedeni haline gelir. sebep. Alüminyum alaşımlarının hızlı katılaşma hızı ve düşük yoğunluğu nedeniyle, kaynağın hızlı katılaşması sırasında farklı boyutlarda hidrojen gözenekleri oluşur. Bu gözenekler kaynak işlemi sırasında birikmeye ve genişlemeye devam edecek, sonuçta görünür gözenekler oluşturacak ve bağlantının yapısal özelliklerini azaltacaktır. Tabii ki, kaynak işlemi sırasında gözenek oluşumu mutlaka oluşmaz. Döküm teknolojisinin etkisi nedeniyle, ana metalin kendisi de döküm işlemi sırasında gözenekler oluşturacaktır. Kaynak sırasında, ısı girdisinin ve iç basıncın sürekli değişimi, ana metaldeki orijinal gözeneklerin ısı ile genişlemesine veya kaynak gözenekleri oluşturmak üzere birbirleriyle birleşmesine neden olur. Kaynak ısı girdisinin artmasıyla gözenekler de artacaktır. Bu nedenle, hidrojen kaynağını kontrol etmek için kaynak malzemesinin kullanımdan önce sıkı bir kurutma işleminden geçmesi gerekir. Kaynak sırasında, erimiş havuzun varlık süresini uzatmak ve hidrojenin çökelmesi için yeterli zamana izin vermek için akım uygun şekilde arttırılmalı, böylece gözenek oluşumunu kontrol etmelidir.
Alüminyum alaşımlı kaynak teknolojisi sınıflandırması
Alüminyum alaşımlarının uygulama yelpazesinin genişlemesiyle birlikte, giderek daha fazla sorun vurgulanmaktadır. Araştırmanın ilerlemesi ile alüminyum alaşımlı kaynak teknolojisi büyük ilerleme kaydetmiştir. Şu anda ağırlıklı olarak tungsten argon ark kaynağı (TIG), erimiş soy gaz kaynağı (MIG), lazer kaynağı (LBW), sürtünme karıştırma kaynağı (FSW) vardır.
TIG kaynağı
Tungsten İnert Gaz Kaynağı (TIG), tipik bir soy gaz ark kaynağıdır ve en yaygın olarak kullanılan kaynak yöntemidir. Kaynak sırasında tungsten elektrot ve kaynak yüzeyi elektrot olarak kullanılır ve arkı korumak için iki elektrot arasında koruyucu gaz olarak helyum veya argon gazı geçirilir ve ani yüksek voltaj deşarjı ile tel ve ana metal eritilir, ve alüminyum alaşımlı parçalar kaynaklanır ve şekillendirilir ve Kaynak onarımı ve döküm kusurlarının onarımı.
Esas olarak aşağıdaki teknik özelliklere sahiptir:
1. Çalıştırması kolay, esnek ve kontrol edilebilir, çeşitli çalışma koşullarına ve çevreye uyarlanabilir, düşük maliyetli;
2. Isıdan etkilenen bölge dardır, tel besleme yeterli olduğunda kaynaklı bağlantının deformasyonu küçüktür ve bağlantının kapsamlı performansı yüksektir;
3. Kaynak işlemi performansı iyi ve istikrarlıdır ve kaynak dikişi kompakt ve güzeldir.
MIG Kaynak
MIG (GMA-Gaz Metal Ark Kaynağı) ve TIG'nin her ikisi de soy gaz korumalı kaynaktır, aradaki fark, TIG kaynağının sabit elektrot olarak bir tungsten elektrot kullanması, MIG kaynağının ise elektrot olarak dolgu teli malzemesinin kendisini kullanmasıdır.
Alüminyum alaşımlarının erimiş kutuplu soy gaz korumalı kaynak işleminde, voltaj ve akım kaynak telinin elektrotunun ucuna etki eder ve elektrot ile ana metal arasında, ana metali eriten ani bir yüksek voltaj üretilir. ve oluk ve kaynak telinin ucundaki damlacık düşer ve dikey olarak ana metale geçer. Erimiş malzeme havuzunda bir kaynak bölgesi oluşur.
Bununla birlikte, alüminyum alaşımlı MIG kaynağının uygulama süreci, büyük ölçüde sınırlıdır, çünkü yumuşak alüminyum tel, zayıf tel beslemesine yol açar ve erimiş alüminyum, kaynak sırasında damlacıklara neden olması kolay olan "damlama olmadan asılı" bir fenomen oluşturma eğilimindedir. sıçrama. Avantajı, MIG kaynağının TIG kaynağından daha hızlı olması ve büyük iş parçalarının kaynağında kaynak hareket aralığının küçük olmasıdır. Tel besleme hızını ayarlayarak kaynak verimliliği dakikada birkaç metreye ulaşabilir.
Lazer kaynak
Lazer kaynağı (Laser Beam Welding LBW), malzemeyi küçük bir alanda yerel olarak ısıtmak için yüksek enerjili lazer darbeleri kullanır. Lazer radyasyonunun enerjisi, ısı iletimi yoluyla malzemenin iç kısmına yayılır ve malzeme, belirli bir erimiş havuz oluşturmak üzere eritilir. Katılaşmadan sonra malzeme tek olarak bağlanır.
Lazer kaynağının avantajları, kaynak hareket noktasının küçük olması, yüksek güçlü ısı kaynağının konsantre olması ve ısıdan etkilenen dar bir bölge ve küçük kaynak deformasyonu ile kalın levhaları kaynaklama kabiliyetine sahip olmasıdır. Bununla birlikte, aynı zamanda lazer kaynağı, kaynak konumlandırma, pahalı kaynak ekipmanı ve yüksek kaynak maliyeti için yüksek gereksinimlere sahiptir. Alüminyum ve magnezyum gibi metal malzemeler için lazer yansıtması yüksektir ve doğrudan kaynak yapmak zordur.
Malzemelerin farklı güç yoğunluklarına sahip lazerlerle ışınlanması, iş parçası üzerindeki güç yoğunluğu 107W/cm2'nin üzerine çıktığında, ısıtma bölgesindeki metalin çok kısa sürede buharlaşacağını ve gazın küçük bir deliğe dönüşeceğini göstermektedir. erimiş havuz, Bu küçük delik, ısı transferi için merkezdir ve lazer derin penetrasyon kaynağının "anahtar deliği" etkisi olan küçük deliğin yakınında erimiş bir havuz oluşur. Bu fenomenin neden olduğu düzensiz erimiş havuz problemini önlemek için, lazer enerjisini azaltmak, kaynak hızını artırmak veya füzyon bölgesindeki kabarcıkları gidermek ve gözenek oluşumunu azaltmak için külçe alanının yeniden erimesini kontrol etmek mümkündür. .
Sürtünme karıştırma kaynağı
Sürtünme karıştırma kaynağı (Sürtünme karıştırma kaynağı, FSW), geleneksel sürtünme kaynağı teknolojisi temelinde oluşturulmuş yeni bir katı faz birleştirme teknolojisidir. Kaynak yapılacak arayüzde, karıştırma kafası kaynak boyunca ilerlediğinde, kaynak malzemesinin sıcaklığı artar ve plastikleştirilmiş metal, mekanik karıştırma ve yığılma etkisi altında güçlü plastik deformasyona uğrar ve sonra yoğun bir katı faz bağlantısı oluşturur. difüzyon ve yeniden kristalleşme.
