Tot i que l'alumini i els seus aliatges s'han utilitzat per soldar en molts productes importants, la producció real de soldadura no està exempta de dificultats. Els principals problemes són: porus a la soldadura, esquerdes calentes de soldadura i "igualtat de resistència" de les juntes. A causa de la forta activitat química de l'alumini i els seus aliatges, és fàcil formar una pel·lícula d'òxid a la superfície, i la majoria d'ells tenen propietats refractàries (per exemple, el punt de fusió d'Al2O3 és de 2050 graus i el punt de fusió de MgO). és de 2500 graus). A més, l'alumini i els seus aliatges tenen una forta conductivitat tèrmica. És fàcil provocar un fenomen de no fusió durant la soldadura. Com que la densitat de la pel·lícula d'òxid és molt propera a la de l'alumini, també és fàcil convertir-se en inclusions en el metall de soldadura. Al mateix temps, la pel·lícula d'òxid (especialment la pel·lícula d'òxid amb presència de MgO, que no és molt densa) pot absorbir més humitat i sovint es converteix en un dels motius importants dels porus de soldadura.
A més, l'alumini i els seus aliatges tenen un gran coeficient d'expansió lineal i una forta conductivitat tèrmica, i són propensos a la deformació deformada durant la soldadura. Aquests també són problemes força difícils en la producció de soldadura. A continuació, es realitza una anàlisi en profunditat de les esquerdes relativament greus generades durant la prova.
1. Esquerdes i les seves característiques en juntes soldades d'aliatge d'alumini
En el procés de soldadura d'aliatge d'alumini, a causa dels diferents tipus, propietats i estructures de soldadura dels materials, poden aparèixer diverses esquerdes a les juntes soldades, i les característiques de forma i distribució de les esquerdes són molt complexes. Segons les seves parts generades, es poden dividir en els dos tipus d'esquerdes següents:
(1) Esquerdes en el metall de soldadura: esquerdes longitudinals, esquerdes transversals, esquerdes de cràter, esquerdes de pèl o arc, esquerdes d'arrel i microesquerdes (especialment en soldadura multicapa).
(2) Esquerdes a la zona afectada per la calor: esquerdes de punt de soldadura, esquerdes laminars i esquerdes tèrmiques microscòpiques a prop de la línia de fusió. Segons el rang de temperatura de generació d'esquerdes, es divideix en crack calent i crack fred. L'esquerda calenta es genera a alta temperatura durant la soldadura, que és causada principalment per la segregació d'elements d'aliatge al límit del gra o l'existència de substàncies de baix punt de fusió.
Depenent del material del metall a soldar, la forma, el rang de temperatura i els motius principals de l'aparició d'esquerdes calentes també són diferents. Les esquerdes calentes es poden dividir en tres categories: esquerdes de cristal·lització, esquerdes de liqüefacció i esquerdes poligonals. Les esquerdes de cristal·lització es produeixen principalment en esquerdes calentes. Durant el procés de cristal·lització de la soldadura, a prop de la línia de sòlid, a causa de la contracció del metall solidificat, el metall líquid residual no es pot omplir a temps.
El craqueig intergranular es produeix sota l'acció de l'estrès de contracció de solidificació o força externa, que es produeix principalment en acer al carboni, soldadures d'acer de baix aliatge i alguns aliatges d'alumini amb més impureses; Les esquerdes de liqüefacció s'escalfen a la zona afectada per la calor per produir-se sota l'acció de l'estrès de contracció durant la solidificació del límit del gra a alta temperatura.
Durant la prova, es va trobar que quan la superfície del material de farciment no estava prou netejada, encara hi havia moltes inclusions i una petita quantitat de porus a la soldadura després de la soldadura. En els tres conjunts de proves, ja que el material de farciment de soldadura és una estructura fosa i les inclusions són substàncies de punt de fusió elevat, encara existirà a la soldadura després de la soldadura;
A més, l'estructura de fosa és relativament escassa i hi ha molts forats, que són fàcils d'absorbir els components que contenen aigua cristal·lina i qualitat d'oli, que es convertiran en els factors que generen porus durant el procés de soldadura. Quan la soldadura està sota esforç de tracció, aquestes inclusions i porus sovint es converteixen en els llocs clau per induir microesquerdes.
Una observació addicional per microscòpia va revelar que hi havia una clara tendència a que aquestes inclusions i microesquerdes induïdes per porus s'entrecreixin entre si. Tanmateix, encara és difícil jutjar si l'efecte nociu de les inclusions es manifesta principalment com una font de concentració d'estrès per induir esquerdes, o si es manifesta principalment com una fase trencadissa per induir esquerdes.
A més, generalment es creu que els porus de les soldadures d'aliatge d'alumini i magnesi no tenen un impacte significatiu en la resistència a la tracció del metall de soldadura. fenomen de les esquerdes.
Queda per estudiar més si el fenomen de les microesquerdes induïdes per la porositat és només un fenomen secundari o un dels principals factors que causen una disminució substancial de la resistència a la tracció de les soldadures.
2. El procés de generació d'esquerdes en calent
Actualment, es considera que la teoria de Prokhorov és més completa a casa i a l'estranger sobre la teoria de la soldadura d'esquerdes calentes. En termes generals, la teoria creu que l'aparició d'esquerdes cristal·lines depèn principalment dels tres aspectes següents: la mida del rang de temperatura fràgil; la ductilitat de l'aliatge en aquest rang de temperatura i la taxa de deformació del metall en el rang de temperatura trencadissa.
En general, la gent anomena la mida del rang de temperatura trencadissa i el valor de ductilitat en aquest rang de temperatura com el factor metal·lúrgic que produeix esquerdes de soldadura en calent, i la taxa de deformació del metall en el rang de temperatura trencadissa s'anomena factor mecànic.
El procés de soldadura és la síntesi d'una sèrie de processos desequilibrats. Aquesta característica està relacionada essencialment amb els factors metal·lúrgics i mecànics de la fractura metàl·lica de la junta soldada. Per exemple, els productes del procés de soldadura i del procés metal·lúrgic són físics i químics. i deshomogeneïtat estructural, escòries i inclusions, elements gasosos i vacants en concentracions sobresaturades, etc.
Tots aquests són factors metal·lúrgics estretament relacionats amb l'inici i desenvolupament d'esquerdes. Des de la perspectiva dels factors mecànics, el gradient de temperatura específic i la velocitat de refredament del cicle tèrmic de soldadura, sota determinades condicions de restricció, faran que la junta soldada estigui en un estat de tensió-deformació complex, proporcionant així les condicions necessàries per a l'inici i desenvolupament d'esquerdes.
En el procés de soldadura, l'efecte combinat dels factors metal·lúrgics i els factors mecànics s'atribuirà a dos aspectes, és a dir, si enfortir la connexió metàl·lica o debilitar la connexió metàl·lica. Si s'està establint una connexió de força al metall de la junta soldada durant el refredament, es pot tensar de manera conforme en determinades condicions de restricció rígida, i quan la soldadura i el metall a prop de la soldadura poden suportar l'acció de la tensió de retenció aplicada i la intrínseca. tensió residual, les esquerdes no són fàcils de produir. , la susceptibilitat d'esquerdes metàl·liques de les juntes soldades és baixa,Per contra, quan l'estrès no es pot tolerar, la connexió de força del metall s'interromp fàcilment i es produiran esquerdes. En aquest cas, la susceptibilitat a les esquerdes del metall de la junta soldada és alta. El metall de la junta de soldadura parteix de la temperatura de cristal·lització i solidificació i es refreda a temperatura ambient a un ritme determinat, i la seva sensibilitat a les esquerdes es determina per la comparació de la capacitat de deformació i la tensió aplicada, i la comparació de la resistència a la deformació i la tensió aplicada.
Tanmateix, durant el procés de refredament, a diferents etapes de temperatura, a causa del creixement diferent de la força intergranular i la força del gra, la distribució de la deformació entre els grans i dins dels grans, el comportament de difusió induït per la tensió és diferent i la concentració d'estrès és diferent. Les condicions i els factors que causen la fragilitat del metall són diferents, els enllaços febles específics de la unió soldada i els factors i graus del seu debilitament també són diferents.
Els factors metal·lúrgics i els factors mecànics que causen esquerdes en el metall de la junta soldada estan estretament relacionats. El gradient de tensió en els factors mecànics està relacionat amb el gradient de temperatura determinat per les característiques del cicle tèrmic, i aquest últim està estretament relacionat amb la conductivitat tèrmica del metall, com ara el canvi termoplàstic del metall. Els factors metal·lúrgics com les característiques, l'expansió tèrmica i la transformació de la microestructura tenen un paper important en l'estat de tensió-deformació del metall de la junta soldada en gran mesura.
A més, a mesura que la temperatura disminueix i la velocitat de refredament canvia, els factors metal·lúrgics i mecànics també estan canviant, i la resistència del metall d'unió soldada és diferent en diferents intervals de temperatura. Per exemple, si el rang de temperatura de cristal·lització és gran, la temperatura de la línia de fase sòlida és baixa i és més probable que provoqui una concentració d'estrès al metall líquid de baixa fusió que queda entre els grans, donant lloc a esquerdes en el metall en fase sòlida;
De la mateixa manera, a mesura que la temperatura disminueix, si la quantitat de contracció és gran, especialment en condicions de refredament ràpid, quan la taxa de tensió de contracció és alta i l'estat de tensió de tensió és més greu, són propensos a produir-se esquerdes, etc.
En l'etapa posterior de la solidificació i la cristal·lització del metall de soldadura durant la soldadura d'aliatges d'alumini, l'eutèctic de baixa fusió s'extreu al centre on es troben els cristalls, formant l'anomenada "pel·lícula líquida". Quan la contracció lliure produeix una gran tensió de tracció, la pel·lícula líquida forma un enllaç relativament feble en aquest moment i, sota l'acció de la tensió de tracció, pot trencar-se a la zona feble per formar una esquerda.
3. El mecanisme de generació d'esquerdes en calent
Per tal d'estudiar el moment més probable que es produeixin esquerdes calentes quan es solden els aliatges d'alumini, la cristal·lització del grup de soldadura durant la soldadura d'aliatges d'alumini es divideix en tres etapes.
La primera etapa és l'etapa líquid-sòlid. Quan la piscina de soldadura comença a cristal·litzar per un refredament a alta temperatura, només existeix un petit nombre de nuclis de cristall. Amb la disminució de la temperatura i la prolongació del temps de refredament, el nucli de cristall creix gradualment i apareix un nou nucli de cristall, però en aquest procés, la fase líquida sempre ocupa una gran quantitat i no hi ha contacte entre els grans de cristall adjacents. El flux lliure de l'aliatge d'alumini líquid no solidificat no constitueix cap obstacle.
En aquest cas, fins i tot si hi ha una tensió de tracció, el buit obert es pot omplir a temps pel metall líquid d'aliatge d'alumini que flueix, de manera que la possibilitat d'esquerdes a l'etapa líquid-sòlid és molt petita.
La segona etapa és l'etapa sòlid-líquid. Quan continua la cristal·lització de la piscina fosa de soldadura, la fase sòlida a la piscina fosa continua augmentant i els nuclis prèviament cristal·litzats continuen creixent. Quan la temperatura baixa a un cert valor, el metall d'aliatge d'alumini solidificat Els cristalls estan en contacte entre si i s'enrotllen contínuament. En aquest moment, el flux de l'aliatge d'alumini líquid es veu obstaculitzat, és a dir, la cristal·lització de la piscina fosa ha entrat a l'etapa sòlid-líquid.
En aquest cas, a causa de la manca de metall líquid d'aliatge d'alumini, la deformació del cristall en si es pot desenvolupar fortament, la fase líquida que queda entre els cristalls no és fàcil de fluir i els petits buits generats sota l'acció de la tensió de tracció no poden fluir. La presència d'esforços de tracció té el potencial de generar esquerdes. Per tant, aquesta etapa s'anomena "zona de temperatura trencadissa".
La tercera etapa és l'etapa de solidificació completa. La soldadura formada després que el metall fos de la piscina estigui completament solidificat, mostrarà una bona resistència i plasticitat quan se sotmet a una tensió de tracció. La possibilitat d'esquerdes en aquesta etapa és relativament petita. .
Per tant, quan la temperatura és més alta o més baixa que la zona de temperatura trencadissa entre ab, el metall de soldadura té una major capacitat de resistir les esquerdes de cristal·lització i una tendència a esquerdes menor. En general, per als metalls amb menys impureses (inclosos metalls base i materials de soldadura), a causa de l'estret rang de temperatura trencadissa, la tensió de tracció actua en aquest rang durant un temps curt, de manera que la tensió total de la soldadura és relativament petita.
Per tant, la tendència a les esquerdes generades durant la soldadura és menor. Si hi ha més impureses a la soldadura, el rang de temperatura trencadissa és més ampli, la tensió de tracció en aquest rang és més llarga i la tendència a trencar-se és més gran.
4. Mesures de prevenció de les esquerdes de soldadura d'aliatge d'alumini
Segons el mecanisme de les esquerdes calentes durant la soldadura d'aliatges d'alumini, es poden millorar dos aspectes dels factors metal·lúrgics i els factors de procés per reduir la probabilitat d'esquerdes calentes en la soldadura d'aliatges d'alumini.
Pel que fa als factors metal·lúrgics, per evitar esquerdes tèrmiques intergranulars durant la soldadura, és principalment ajustant el sistema de soldadura o afegint un modificador al metall d'aportació. L'objectiu d'ajustar el sistema de sutura de soldadura, des de la perspectiva de la resistència a les esquerdes, és controlar una quantitat adequada d'eutèctic fusible i reduir el rang de temperatura de cristal·lització.
Com que els aliatges d'alumini són aliatges eutèctics típics, la tendència màxima a l'esquerda correspon al rang de temperatura de solidificació "màxima" de l'aliatge, i la presència d'una petita quantitat d'eutèctic sempre augmenta la tendència a la fissura de solidificació. El contingut de l'element supera la composició de l'aliatge on la tendència a l'esquerda és més gran, de manera que es pot produir un efecte "curativa".
Com a modificadors, es van afegir oligoelements com Ti, Zr, V i B al metall d'aportació en un intent de millorar la plasticitat i la duresa perfeccionant els grans i per evitar la soldadura d'esquerdes calentes. , i els resultats obtinguts. La figura 3 mostra els resultats de la prova de resistència a l'esquerda del filferro de soldadura Al-4.5% Mg amb modificador afegit sota la condició de soldadura de filet de solapa rígida.
El Zr afegit a la prova va ser de {{0}},15% i el Ti+B va ser del 0,1%. Es pot veure que afegir Ti i B al mateix temps pot millorar significativament la resistència a les esquerdes. La característica comuna d'elements com Ti, Zr, V, B i Ta és que poden formar una sèrie de reaccions peritèctiques amb l'alumini per formar compostos metàl·lics refractaris (Al3Ti, Al3Zr, Al7V, AlB2, Al3Ta, etc.). Aquestes petites partícules refractàries poden convertir-se en nuclis de solidificació no espontània quan el metall líquid es solidifica, produint així l'efecte del refinament del gra.
Pel que fa als factors de procés, principalment les especificacions de soldadura, el preescalfament, la forma d'unió i la seqüència de soldadura, tots aquests mètodes es basen en l'esforç de soldadura per resoldre esquerdes de soldadura. Els paràmetres del procés de soldadura afecten el desequilibri del procés de solidificació i l'estat de la microestructura del procés de solidificació, i també afecten la velocitat de creixement de la tensió durant el procés de solidificació, afectant així la generació d'esquerdes.
El mètode de soldadura amb energia tèrmica concentrada afavoreix el procés de soldadura ràpid, que pot evitar la formació de cristalls columnars gruixuts amb una forta direccionalitat, millorant així la resistència a les esquerdes. Utilitzar un petit corrent de soldadura i reduir la velocitat de soldadura pot reduir el sobreescalfament de la piscina fosa i millorar la resistència a les esquerdes.
L'augment de la velocitat de soldadura afavoreix l'augment de la velocitat de tensió de la junta soldada, la qual cosa augmenta la tendència a l'esquerdament en calent. Es pot veure que augmentar la velocitat de soldadura i el corrent de soldadura afavoreix l'augment de la tendència a l'esquerda. Durant el muntatge i la soldadura de l'estructura d'alumini, la costura de soldadura no està sotmesa a una gran rigidesa, i en el procés es poden adoptar mesures com la soldadura segmentada, el preescalfament o la reducció adequada de la velocitat de soldadura.
Mitjançant el preescalfament, l'expansió relativa de la peça de prova es pot reduir, l'estrès de soldadura es pot reduir en conseqüència i l'estrès en el rang de temperatura trencadissa es pot reduir; intenteu utilitzar la soldadura a tope amb solcs oberts i petits buits, i eviteu l'ús d'unions cruciformes i un posicionament i seqüència de soldadura incorrectes; Quan la soldadura s'acaba o s'interromp, el cràter d'arc s'ha d'omplir a temps i, a continuació, s'ha d'eliminar la font de calor, en cas contrari, provocarà fàcilment esquerdes del cràter d'arc. Per a les juntes soldades de la soldadura multicapa d'aliatge de la sèrie 5000, sovint es generen microesquerdes a causa de la fusió local de l'intergranular, de manera que s'ha de controlar l'entrada de calor de la següent capa de cordó de soldadura.
Segons la prova d'aquest document, per a la soldadura d'aliatge d'alumini, la neteja superficial del metall base i el material de farciment també és molt important. La inclusió de material a la soldadura es convertirà en la font d'esquerdes i la raó principal de la disminució del rendiment de la soldadura.
