Als een technisch metaalmateriaal dat de afgelopen jaren snel is gestegen, worden aluminiumlegeringen veel gebruikt in de ruimtevaart, auto's, schepen en andere gebieden vanwege hun lage dichtheid, hoge specifieke sterkte en specifieke stijfheid en goede corrosieweerstand. .
Een reeks problemen, zoals een slechte lasbaarheid en slechte prestaties van de vormlaag bij het lassen, beperkt echter de ontwikkeling van structurele onderdelen van aluminiumlegeringen. Daarom is de lastechnologie van aluminiumlegeringen een van de belangrijkste onderzoeksrichtingen geworden van veel wetenschappers in binnen- en buitenland.
Overzicht van eigenschappen van aluminiumlegeringen
1. Aluminium is een zeer licht metaalmateriaal met een dichtheid van slechts 2,7 g/cm3, wat ongeveer 36 procent is van de dichtheid van staal. Het gebruik van een aluminiumlegering om mechanische onderdelen te vervaardigen kan het gewicht aanzienlijk verminderen en het effect van lichtgewicht, energiebesparing en emissiereductie bereiken.
2. De specifieke sterkte en specifieke stijfheid van de aluminiumlegering zijn hoger dan 45 staal en ABS-kunststof. Het gebruik van materialen van aluminiumlegeringen is bevorderlijk voor de vervaardiging van integrale componenten met hoge stijfheidseisen.
3. Aluminiumlegering heeft een uitstekende thermische geleidbaarheid, elektrische geleidbaarheid en corrosieweerstand. De prestatieparameters van A380 aluminiumlegering en andere materialen worden weergegeven in tabel 1.
4. Aluminiumlegering heeft een goede bewerkbaarheid en recycleerbaarheid. Als wordt aangenomen dat de snijweerstandscoëfficiënt van de meest bewerkbare magnesiumlegering 1 is, wordt de snijweerstand van andere metalen weergegeven in tabel 2. Het is te zien dat de snijweerstand van een aluminiumlegering kleiner is dan die van koper, ijzer en andere materialen, en het snijproces is eenvoudiger.
Laseigenschappen van aluminiumlegeringen
Beïnvloed door de fysische en chemische eigenschappen van aluminiumlegeringen, zijn er bepaalde moeilijkheden in het lasproces. Het huidige lassen van aluminiumlegeringen heeft voornamelijk de volgende problemen: thermische spanning, ablatieverdamping, vaste insluitsels, instorting van de poriën, enz.:
Thermische spanning
Aluminiumlegeringen hebben een hogere thermische uitzettingscoëfficiënt en een lagere elasticiteitsmodulus. Tijdens het lasproces, als gevolg van de grote vervorming en grote lineaire uitzettingscoëfficiënt van de aluminiumlegering, is de volumekrimpsnelheid tijdens het stollen ongeveer 6 procent, en de afkoelsnelheid en de primaire kristallisatiesnelheid van het smeltbad zijn snel, wat resulteert in de inwendige spanning van de las en de stijfheid van de lasverbinding. Als het groot is, is het gemakkelijk om grote interne spanningen in de verbinding van aluminiumlegering te genereren, wat grote lasspanning en vervorming veroorzaakt en defecten zoals scheuren en golfvervorming veroorzaakt.
Ablatieve verdamping
Het smeltpunt van aluminium is 660 graden en het kookpunt is 2647 graden, wat lager is dan dat van andere metalen elementen zoals koper en ijzer. Als de lastemperatuur tijdens het lasproces te hoog is, is het gemakkelijk te ontploffen en spatten te vormen, vooral bij hoogenergetisch bundellassen, zoals weergegeven in figuur 1. Bovendien hebben sommige van de legeringselementen die aan de aluminiumlegering zijn toegevoegd een laag kookpunt, dat gemakkelijk verdampt en verbrandt bij de momentane hoge lastemperatuur, en de spatten die door de explosie worden gegenereerd, zullen ook enkele druppels wegnemen, wat onvermijdelijk het gebied van de lasnaad verandert. De chemische samenstelling is niet bevorderlijk voor de prestatieregulering van lasverbindingen. Daarom worden tijdens het lassen vaak lasdraden of andere lasmaterialen met een hoger kookpuntelementgehalte dan het basismetaal gebruikt om ablatie bij hoge temperatuur te compenseren.
Stevige insluitsels
De chemische eigenschappen van aluminium zijn zeer actief en gemakkelijk te oxideren. Tijdens het lasproces wordt het oppervlak van de aluminiumlegering geoxideerd om Al2O3 te vormen met een hoog smeltpunt (ongeveer 2050 graden, terwijl het smeltpunt van aluminium 660 graden is, wat heel anders is). De oxiden zijn dicht en hebben een hoge hardheid, en ze worden gemengd in de gesmolten legeringsvloeistof met een lage dichtheid in het gesmolten poolgebied, wat gemakkelijk kleine vaste slakinsluitsels vormt die niet gemakkelijk te ontladen zijn, wat niet alleen de microstructuur van de las, maar is ook vatbaar voor elektrochemische corrosie, waardoor de mechanische eigenschappen van lasverbindingen afnemen en Al2O3 het smeltbad en de groef bedekt, wat het lassen van legeringen ernstig beïnvloedt en de microstructuur en eigenschappen van lasverbindingen vermindert.
Stoma instorting
Het smeltpunt van aluminiumlegering is veel lager dan dat van zijn oxide, en het is zeer actief en gemakkelijk te oxideren. Tijdens het lasproces wordt de aluminiumlegering bij hoge temperatuur gesmolten om een smeltbad te vormen. Het aluminium op het oppervlak van het smeltbad wordt geoxideerd om een oxidefilm te vormen, die het smeltbad in vaste vorm bedekt. Aangezien de kleur van de gesmolten oxidefilm niet veel verschilt van de gesmolten toestand van de aluminiumlegering, en vanwege de bedekking van de oxidefilm, is het moeilijk om de mate van smelten van het smeltbad van de aluminiumlegering tijdens het lasproces waar te nemen. , dus het is gemakkelijk om de temperatuur te hoog te maken en lashitte te veroorzaken. Grote instortingen in het gebied vernietigen de vorm en eigenschappen van het lasmetaal.
Onder invloed van het momentane hoge vermogen van de laswarmtebron wordt een grote hoeveelheid waterstof opgelost in de legeringsvloeistof. Nadat het lassen is voltooid en de temperatuur van het smeltbad afneemt, neemt de oplosbaarheid van het gas geleidelijk af, wat de belangrijkste oorzaak van poriën tijdens het lasproces wordt. reden. Vanwege de snelle stollingssnelheid en lage dichtheid van aluminiumlegeringen, worden waterstofporiën van verschillende groottes gevormd tijdens de snelle stolling van de las. Deze poriën zullen tijdens het lasproces blijven ophopen en uitzetten, waardoor uiteindelijk zichtbare poriën ontstaan en de structurele eigenschappen van de verbinding verminderen. Natuurlijk wordt het ontstaan van poriën niet noodzakelijkerwijs gevormd tijdens het lasproces. Door de invloed van de giettechnologie zal het basismetaal zelf tijdens het gietproces ook poriën gaan vormen. Tijdens het lassen zorgt de constante verandering van warmte-inbreng en interne druk ervoor dat de oorspronkelijke poriën in het basismetaal uitzetten door warmte of met elkaar combineren om lasporiën te vormen. Met de toename van de laswarmte-invoer zullen de poriën ook toenemen. Daarom moet het lasmateriaal voor gebruik een strikte droogbehandeling ondergaan om de waterstofbron te beheersen. Tijdens het lassen moet de stroom op passende wijze worden verhoogd om de levensduur van het smeltbad te verlengen en de waterstof voldoende tijd te geven om neer te slaan, waardoor de vorming van poriën wordt beheerst.
Classificatie van lastechnologieën van aluminiumlegeringen
Met de uitbreiding van het toepassingsgebied van aluminiumlegeringen komen steeds meer problemen naar voren. Met de vooruitgang van het onderzoek heeft de lastechnologie van aluminiumlegeringen grote vooruitgang geboekt. Momenteel zijn er voornamelijk wolfraam-argobooglassen (TIG), lassen met gesmolten inert gas (MIG), laserlassen (LBW), wrijvingsroerlassen (FSW). Wacht.
TIG-lassen
Tungsten Inert Gas Welding (TIG) is een typisch inert gas booglassen en is de meest gebruikte lasmethode. Tijdens het lassen worden de wolfraamelektrode en het lasoppervlak gebruikt als elektroden, en helium- of argongas wordt tussen de twee elektroden geleid als een beschermgas om de boog te beschermen, en de draad en het basismetaal worden gesmolten door een onmiddellijke hoogspanningsontlading, en de onderdelen van aluminiumlegering worden gelast en gevormd, en lasreparatie en reparatie van gietdefecten.
Hebben voornamelijk de volgende technische kenmerken:
1. Eenvoudig te bedienen, flexibel en controleerbaar, aanpasbaar aan verschillende werkomstandigheden en omgevingen, met lage kosten;
2. De door warmte beïnvloede zone is smal, de vervorming van de lasverbinding is klein wanneer de draadaanvoer voldoende is en de uitgebreide prestaties van de verbinding zijn hoog;
3. De prestaties van het lasproces zijn goed en stabiel, en de lasnaad is compact en mooi.
MIG-lassen
MIG (GMA-Gas Metal Arc Welding) en TIG zijn beide lassen met inert gas, het verschil is dat bij TIG-lassen een wolfraamelektrode als vaste elektrode wordt gebruikt, terwijl bij MIG-lassen het vuldraadmateriaal zelf als elektrode wordt gebruikt.
Tijdens het lassen van aluminiumlegeringen met inert gas met gesmolten polen werken de spanning en stroom op het uiteinde van de elektrode van de lasdraad en wordt een onmiddellijke hoge spanning gegenereerd tussen de elektrode en het basismetaal, waardoor het basismetaal smelt en de groef, en de druppel aan het einde van de lasdraad valt eraf en gaat verticaal over naar het basismetaal. Op de gesmolten plas materiaal wordt een laszone gevormd.
Het toepassingsproces van MIG-lassen van aluminiumlegeringen is echter zeer beperkt, omdat de zachte aluminiumdraad leidt tot een slechte draadaanvoer en het gesmolten aluminium de neiging heeft om tijdens het lassen een fenomeen van "hangen zonder druipen" te vormen, wat gemakkelijk druppeltjes veroorzaakt. plons. Het voordeel is dat MIG-lassen sneller is dan TIG-lassen en dat het lasbewegingsbereik klein is bij het lassen van grote werkstukken. Door de draadaanvoersnelheid aan te passen, kan de lasefficiëntie enkele meters per minuut bereiken.
Laserlassen
Laserlassen (Laser Beam Welding LBW) maakt gebruik van hoogenergetische laserpulsen om het materiaal plaatselijk in een klein gebied te verwarmen. De energie van de laserstraling diffundeert in het inwendige van het materiaal door warmtegeleiding, en het materiaal wordt gesmolten om een specifiek smeltbad te vormen. Na stollen wordt het materiaal als één geheel verbonden.
De voordelen van laserlassen zijn dat het laspunt klein is, de krachtige warmtebron geconcentreerd is en het vermogen heeft om dikke platen te lassen, met een smalle door hitte beïnvloede zone en kleine lasvervorming. Tegelijkertijd stelt laserlassen hoge eisen aan laspositionering, dure lasapparatuur en hoge laskosten. Voor metalen materialen zoals aluminium en magnesium is de laserreflectie hoog en is direct lassen moeilijk.
Het bestralen van materialen met lasers met verschillende vermogensdichtheden laat zien dat wanneer de vermogensdichtheid op het werkstuk meer dan 107W/cm2 bereikt, het metaal in de verwarmingszone in zeer korte tijd zal verdampen en het gas zal samenkomen in een klein gaatje in de gesmolten plas, Dit kleine gaatje is het centrum voor warmteoverdracht en een gesmolten plas wordt gevormd nabij het kleine gaatje, wat het "sleutelgat" -effect is van laserdiep penetratielassen. Om het probleem van een ongelijkmatig smeltbad veroorzaakt door dit fenomeen te voorkomen, is het mogelijk om de laserenergie te verminderen, de lassnelheid te verhogen of het opnieuw smelten van het nuggetgebied te regelen om de bellen in de fusiezone te verwijderen en het ontstaan van poriën te verminderen .
Wrijvingroerlassen
Wrijvingroerlassen (Friction stir Welding, FSW) is een nieuwe solid-phase verbindingstechnologie die is gevormd op basis van de traditionele wrijvingslastechnologie. Op het te lassen grensvlak, wanneer de roerkop langs de las voortbeweegt, neemt de temperatuur van het lasmateriaal toe en ondergaat het geplastificeerde metaal een sterke plastische vervorming onder invloed van mechanisch roeren en stuiken, en vormt daarna een dichte vaste-fase verbinding diffusie en herkristallisatie.
